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JP2012531924A - Introduction of DNA into plant cells - Google Patents

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JP2012531924A JP2012519117A JP2012519117A JP2012531924A JP 2012531924 A JP2012531924 A JP 2012531924A JP 2012519117 A JP2012519117 A JP 2012519117A JP 2012519117 A JP2012519117 A JP 2012519117A JP 2012531924 A JP2012531924 A JP 2012531924A
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priming
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イラン セラ,
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イッサム リサーチ ディベロップメント カンパニー オブ ザ ヘブリュー ユニバーシティー オブ エルサレム リミテッド
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Abstract

本発明は、外来性遺伝物質を植物細胞に簡便かつ効率的に導入するための手段および方法を提供する。特に、本発明は、植物中への異種DNAの効率的な導入のために、種子プライミングとウイルスに基づくDNA構築物を組み合わせる。
【選択図】図1
The present invention provides means and methods for conveniently and efficiently introducing foreign genetic material into plant cells. In particular, the present invention combines seed priming and virus-based DNA constructs for efficient introduction of heterologous DNA into plants.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は植物分子生物学の分野に関連し、具体的には、外因性遺伝物質を植物細胞に簡便かつ効率的に導入するための手段および方法に関連する。   The present invention relates to the field of plant molecular biology and specifically to means and methods for conveniently and efficiently introducing exogenous genetic material into plant cells.

1つまたは複数の発現可能な異種遺伝子を有する植物は様々な潜在的利点を有する。遺伝子発現カセットを有するそのような植物は、例えば、除草剤耐性、殺虫剤耐性または昆虫耐性;ストレスに対する耐性;生鮮産物(果実、野菜、種子など)の高まった風味および/または貯蔵寿命;ならびに、人および/または動物によって消費されるか、あるいは、様々な産業における原料(化粧品、医薬品、栄養補助食品、食品、紙、繊維など)として使用される有用な植物内因性および/または外部のタンパク質、糖、脂肪酸または二次代謝産物の合成を増幅できることを含めて、所望される形質を与える1つまたは複数の遺伝子を有することができる。   Plants having one or more expressible heterologous genes have various potential advantages. Such plants with gene expression cassettes are, for example, herbicide-resistant, insecticide-resistant or insect-resistant; resistance to stress; increased flavor and / or shelf life of fresh products (fruit, vegetables, seeds, etc.); and Useful plant endogenous and / or external proteins that are consumed by humans and / or animals or used as raw materials in various industries (cosmetics, pharmaceuticals, dietary supplements, foods, paper, fibers, etc.), It can have one or more genes that give the desired trait, including being able to amplify the synthesis of sugars, fatty acids or secondary metabolites.

現在の形質転換技術は、所望される形質を有する植物を設計する機会を提供しており、植物形質転換における大きな進歩が近年において生じている。最も一般的な技術がアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)によって媒介される。形質転換の他の方法が、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、粒子衝撃およびウイルスベクターを含む直接的なDNA移入である(Birch RG、1997、Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.、48:297〜326)。ウイルスベクターを除いて、上記技術の適用では、処理された細胞/組織への外来DNAの浸入、処理された植物のゲノムへのその組込み、および、トランスジェニック植物の再生が生じる。しかしながら、多くの主要な穀物植物では、容易でない遺伝子型制限が依然として存在する。いくつかの農業的に重要な作物植物の形質転換は、困難であること、および、時間がかかることの両方が続いている。加えて、上記技術のすべてにおいて、形質転換が、(胚を含む)栄養組織を用いて行われ、形質転換の効率が悪く、選抜のためのマーカーが要求され、かつ、形質転換された細胞または組織からの成功した植物再生の割合がかなり低い。   Current transformation techniques provide the opportunity to design plants with the desired traits, and significant advances in plant transformation have occurred in recent years. The most common technique is mediated by Agrobacterium tumefaciens. Other methods of transformation are direct DNA transfer including microinjection, electroporation, particle bombardment and viral vectors (Birch RG, 1997, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 48: 297-326). With the exception of viral vectors, application of the above technique results in the invasion of foreign DNA into the treated cells / tissue, its integration into the genome of the treated plant, and regeneration of the transgenic plant. However, in many major cereal plants, there are still not easy genotype restrictions. Transformation of some agriculturally important crop plants continues both to be difficult and time consuming. In addition, in all of the above techniques, transformation is performed using vegetative tissue (including embryos), transformation efficiency is poor, markers for selection are required, and transformed cells or The rate of successful plant regeneration from tissues is quite low.

外来DNAが植物ゲノムに組み込まれることは、必ずしも望ましいこととは限らず、特に、遺伝子改変(GMO)植物が環境上の論争および政治的論争を呼び起こすときにはそうである。これらの場合には、宿主ゲノムに組み込まれない異種遺伝子の発現を可能にする方法が必要である。   The integration of foreign DNA into the plant genome is not always desirable, especially when genetically modified (GMO) plants provoke environmental and political disputes. In these cases, a method is needed that allows the expression of heterologous genes that are not integrated into the host genome.

本発明の発明者の一部による国際(PCT)特許出願公開番号WO2007/141790は、病理学的なウイルス症状を及ぼすことなく、処理された植物の内部において1つの植物細胞から他の植物細胞に広がり、同時に外来DNAを植物細胞に導入することができる改変されたジェミニウイルス型構築物を開示する。外来DNAが植物組織において発現させられるが、外来DNAはそのゲノムに組み込まれない。構築物(これはまた、発現ベクターとして示され、IL−60が一例である)は、ジェミニウイルスのレプリカーゼ遺伝子を妨害する異種のポリヌクレオチド配列を、ジェミニウイルスのレプリカーゼまたはレプリカーゼ会合タンパク質をコードする不連続な核酸配列が隣接して配置されるように含む。   International (PCT) Patent Application Publication No. WO2007 / 141790 by some of the inventors of the present invention is from one plant cell to another plant cell within a treated plant without causing pathological viral symptoms. Disclosed are modified geminivirus-type constructs that can spread and simultaneously introduce foreign DNA into plant cells. Although foreign DNA is expressed in plant tissue, the foreign DNA is not integrated into its genome. The construct (also shown as an expression vector, IL-60 is an example) is a discontinuous encoding a heterologous polynucleotide sequence that interferes with the geminivirus replicase gene, geminivirus replicase or replicase-associated protein. Nucleic acid sequences so that they are arranged adjacent to each other.

種子プライミング(priming)は、植物種子を処理するためのプロセスで、種を播いたとき、または植えたとき、非処理の植物種子と比較して、植物種子がより速くかつより均一に発芽することを可能にするプロセスである。加えて、プライミングは、保護を提供し、かつ/または、発芽、発根および実生苗確立を容易にする殺真菌剤/殺虫剤/肥料または他の化学物質による必要に応じた随意的な同時処理を提供する(例えば、被覆、ペレット化、商標としての着色など)。   Seed priming is a process for treating plant seeds that causes seeds to germinate faster and more uniformly when seeded or when planted compared to untreated plant seeds. It is a process that enables In addition, priming provides protection and / or optional concurrent treatment with fungicides / insecticides / fertilizers or other chemicals that facilitate germination, rooting and seedling establishment (Eg, coating, pelletizing, coloring as a trademark, etc.).

プライミングは、種子が十分な水を吸収することを許して、その発芽前の代謝プロセスが始まることを可能にし、その後、代謝プロセスをその段階で停止させる。(有益な化学物質を伴って、または伴うことなく)吸収される水の量は注意深く制御されなければならない。これは、多すぎる場合には、種子が発芽することを単に許すであろうし、少なすぎる場合には種子の老化をもたらすであろうからである。正しい量の水が吸収されると、種子は播くことができ、または、貯蔵のために元の水分含有量に戻るまで乾燥させることができる。プライミング処理された種子は通常、最適でない条件のもとでは特に、プライミング処理されていない種子と比較して、より迅速かつ均一に発芽および発根し、また、実生苗の活力が典型的にはより大きい。プライミングによって得られる利益、例えば、発芽速度および発芽の均一性などは通常、DNA修復プロセス、タンパク質水和酵素活性化、および、発芽の初期段階において生じるさらなるプロセスが開始されることに起因すると考えられる。   Priming allows the seed to absorb enough water, allowing its pre-emergence metabolic process to begin, and then stopping the metabolic process at that stage. The amount of water absorbed (with or without beneficial chemicals) must be carefully controlled. This is because too much will simply allow the seeds to germinate and too little will result in seed senescence. Once the correct amount of water has been absorbed, the seeds can be sown or dried to return to their original moisture content for storage. Primed seeds usually germinate and root more quickly and uniformly, especially under non-optimal conditions, and seedling seedling vitality is typically greater than non-primed seeds. Greater than. Benefits obtained by priming, such as germination rate and germination uniformity, are usually attributed to the initiation of DNA repair processes, protein hydrase activation, and further processes that occur in the early stages of germination. .

制御された水分取込みのために使用される3つの主要な技術には、水溶液を用いたプライミング、水和した土壌粒状システムを用いたプライミング、または、水による制御された水和によるプライミングが含まれる。溶液を用いたプライミングは、種子を浸透圧溶液に浸すこと、典型的には、限定された吸水膨潤を可能にする浸透圧ポテンシャルであって、完全な水和および種子発芽のためには不十分である浸透圧ポテンシャルによって特徴づけられるPEG溶液に浸すことに基づく。代替において、同じ効果が、種子を、水和させた吸収剤媒体(例えば、粘土またはピートなど)と混合することによって達成される(米国特許第4912874号を参照のこと)。水溶液による制御された水和が、例えば、半透過性膜を、所与の浸透圧の溶液から種子への水移動を媒介するために利用することによって達成され得る(米国特許第5992091号)。プライミングが、制御された水分取込みのための技術のいずれかを使用して様々な温度および通気方法(例えば、撹拌、かき混ぜ、バブリングなど)のもとで行われる(Taylor AG他、1998、Seed Science Technology、8:245〜256)。   The three main techniques used for controlled moisture uptake include priming with aqueous solutions, priming with hydrated soil granulation systems, or priming with controlled hydration with water. . Priming with a solution is an osmotic potential that allows seeds to be immersed in an osmotic solution, typically limited water swell, and is insufficient for complete hydration and seed germination Based on immersing in a PEG solution characterized by an osmotic potential. In the alternative, the same effect is achieved by mixing the seed with a hydrated absorbent medium such as clay or peat (see US Pat. No. 4,912,874). Controlled hydration with aqueous solutions can be achieved, for example, by utilizing a semi-permeable membrane to mediate water transfer from a given osmotic solution to the seed (US Pat. No. 5,992,091). Priming is performed under various temperature and aeration methods (eg, stirring, agitation, bubbling, etc.) using any of the techniques for controlled moisture uptake (Taylor AG et al., 1998, Seed Science). Technology, 8: 245-256).

本明細書中上記で記載される一般的な形質転換技術と、種子プライミングとを組み合わせることが、開示されている。例えば、米国特許第6646181号は、遺伝子を植物に導入する方法であって、植物の発達段階を、多量の4C DNAを植物の種子に含む段階において同調させること、および、種子の細胞をトランスフェクションすることを含み、ただし、発達段階を同調させることが、粒状の土壌マトリックス材料と、種子プライミング量の水との混合を、種子への通気とともに、種子の細胞の実質的な数が細胞周期の所望される段階に達することを生じさせるために十分な時間および温度で行うことを含む方法を開示する。   Combining the general transformation techniques described above herein with seed priming is disclosed. For example, US Pat. No. 6,646,181 is a method for introducing a gene into a plant, wherein the plant developmental stage is synchronized at a stage where a large amount of 4C DNA is contained in the plant seed, and the seed cell is transfected. However, synchronizing the developmental stage may include mixing a particulate soil matrix material with a seed priming amount of water, with aeration of the seeds, and a substantial number of seed cells in the cell cycle. Disclosed is a method comprising performing at a time and temperature sufficient to cause the desired stage to be reached.

米国特許出願公開第2006/0005273号は、形質転換に好適なトウモロコシ外植片を開示する。この外植片は、長さ方向に半分に分割されたトウモロコシ種子を含み、ただし、分割することにより、胚盤、子葉鞘(coleoptilar)リングおよび茎頂分裂組織が露出する(これらのそれぞれが独立して、形質転換に好適である)。分割前の種子をカルスプライミング媒体またはシュートプライミング媒体のどちらかと一緒にプライミング処理することにより、形質転換後のカルス誘導頻度およびシュート誘導頻度が増大する。   US Patent Application Publication No. 2006/0005273 discloses corn explants suitable for transformation. The explant contains corn seeds that are divided in half along the length, but the division exposes the scutellum, coleoptillar ring and shoot apical meristem (each of which is independent) And suitable for transformation). By priming the seed before division together with either a callus priming medium or a shoot priming medium, the callus induction frequency and the shoot induction frequency after transformation are increased.

米国特許出願公開第20100154083号は、標的化された組込み事象を、種子プライミングを使用してスクリーニングし、特定し、選抜し、単離し、かつ/または再生するための組成物および方法を開示する。種子プライミングにより、選抜マーカーの部位特異的なリコンビナーゼ媒介組込みを、種子において活性なプロモーターに機能的に連結される標的遺伝子座においてそのゲノムに安定的に取り込んでいる種子の特定がもたらされる。   US Patent Application Publication No. 201300154083 discloses compositions and methods for screening, identifying, selecting, isolating and / or regenerating targeted integration events using seed priming. Seed priming results in the identification of seeds that have stably incorporated site-specific recombinase-mediated integration of the selectable marker into their genome at a target locus that is operably linked to a promoter active in the seed.

これらの組合せ法は形質転換の既知の方法を用いており、植物ゲノムへの外来遺伝子組込みの効率を増大させることを目的とする。本明細書中上記で記載されるように、利用可能な方法には、適用可能性および効率に関して制限がある。加えて、植物ゲノムへの外来DNAの組込みは、必ずしも望ましいこととは限らない。   These combination methods use known methods of transformation and aim to increase the efficiency of foreign gene integration into the plant genome. As described hereinabove, available methods have limitations with respect to applicability and efficiency. In addition, the integration of foreign DNA into the plant genome is not always desirable.

DNAを植物細胞に簡便かつ効率的に導入するための手段および方法で、効率的な植物再生をさらに可能にする手段および方法が必要であることが認識されており、そのような手段および方法を有することは非常に好都合であろう。   It has been recognized that there is a need for means and methods for conveniently and efficiently introducing DNA into plant cells that further enable efficient plant regeneration, and such means and methods are It would be very convenient to have.

本発明は、植物の細胞、一部分、組織、器官または生物体全体への、特に、無傷な種子の内部の種子胚の細胞への異種DNAの簡便かつ効率的な送達のための手段および方法を提供する。導入された異種DNAを有する種子は、再生用培養および強健化条件を必要とすることなく、標準的な成長条件のもとで容易に成長して成熟植物になる。   The present invention provides means and methods for the convenient and efficient delivery of heterologous DNA to plant cells, parts, tissues, organs or whole organisms, especially to seed embryo cells inside intact seeds. provide. The seed with the introduced heterologous DNA grows easily into a mature plant under standard growth conditions without the need for regenerative culture and enrichment conditions.

本発明は、部分的には、植物種子への異種DNAの導入が、プライミング媒体に、ウイルスに基づくDNA構築物を、具体的にはジェミニウイルスに基づく発現構築物を補うことによって種子プライミングの期間中に可能であるという予想外の発見に基づく。本明細書中下記において例示されるように、本発明は今回、プライミング媒体に、IL−60と称されるジェミニウイルス型構築物(これは、ジェミニウイルスのレプリカーゼまたはレプリカーゼ会合タンパク質をコードする不連続な核酸配列が隣接して配置される異種のポリヌクレオチド配列を含む)を補うことにより、種子細胞内におけるDNA構築物の取込み、複製および無症状性拡大がもたらされることを示す。   The present invention provides, in part, that the introduction of heterologous DNA into plant seeds during the period of seed priming by supplementing the priming medium with a virus-based DNA construct, specifically an expression construct based on geminivirus. Based on the unexpected discovery that it is possible. As exemplified herein below, the present invention now includes in a priming medium a geminivirus-type construct, referred to as IL-60, which is a discrete protein encoding a geminivirus replicase or replicase-associated protein. Complementing nucleic acid sequences (including heterologous polynucleotide sequences arranged adjacent to each other) shows that DNA construct incorporation, replication, and asymptomatic expansion in seed cells.

本発明の教示は、外来DNAが、完全な植物体に発達することが自然の状態では可能である無傷な種子の胚に導入されるという点で、外来DNAの植物細胞形質転換または導入のためのこれまでに知られている方法よりも好都合である。DNA導入のための本発明の教示は、(直接的なDNA移入、特に衝撃による直接的なDNA移入が用いられるときに生じるような)細胞に対する損傷、または、細胞の機能発現に対する損傷を伴わない。さらに、ジェミニウイルスに基づく発現構築物が用いられるとき、異種DNAが植物ゲノムに取り込まれず、このことは、再度ではあるが、細胞サイクルの停止およびアポトーシスまたはプログラム化された細胞死を典型的には引き起こす、細胞内へのDNA導入に付随して起こる傷を防止する。本発明の簡便な方法は、目的とするどのような植物の種子とでも一緒に用いることができ、迅速であり、かつ、非常に効率的である。使用されるDNA構築物が、異種DNAが植物ゲノムに取り込まれないようなものであるとき、当該植物は所望の産物を発現するが、遺伝子改変されているとは定義されないので、本発明の方法はさらに好都合である。   The teachings of the present invention are for plant cell transformation or introduction of foreign DNA in that the foreign DNA is introduced into an intact seed embryo that is naturally capable of developing into a complete plant. This is an advantage over previously known methods. The teachings of the present invention for DNA introduction do not involve damage to cells (such as occurs when direct DNA transfer, particularly direct DNA transfer by impact) is used, or damage to the functional expression of cells. . Moreover, when geminivirus-based expression constructs are used, heterologous DNA is not incorporated into the plant genome, which again causes cell cycle arrest and apoptosis or programmed cell death, albeit again. Prevents wounds associated with the introduction of DNA into cells. The simple method of the present invention can be used with the seeds of any plant of interest, is rapid and is very efficient. When the DNA construct used is such that heterologous DNA is not incorporated into the plant genome, the plant expresses the desired product but is not defined as genetically modified, so the method of the present invention Even more convenient.

したがって、1つの局面によれば、本発明は、異種DNAを植物種子胚の少なくとも1つの細胞に導入するための方法であって、植物種子を、プライミングを可能にする条件のもと、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含有するプライミング媒体と接触させ、それにより、異種DNAを含む種子胚を得ることを含む方法を提供する。   Thus, according to one aspect, the present invention provides a method for introducing heterologous DNA into at least one cell of a plant seed embryo, wherein the plant seed is subjected to conditions that allow priming. Contacting with a priming medium containing a viral DNA construct comprising, thereby obtaining a seed embryo comprising heterologous DNA.

いくつかの実施形態によれば、上記方法はさらに、その後の種子発芽および成長のための好適な条件を、異種DNAを含む植物体またはその一部を得るように提供する工程を含む。   According to some embodiments, the method further comprises providing suitable conditions for subsequent seed germination and growth to obtain a plant comprising heterologous DNA or a portion thereof.

いくつかの実施形態によれば、ウイルス型DNA構築物は、構築物の複製および隣接植物細胞への無症状性拡大を可能にするウイルス遺伝子またはその一部を含む。   According to some embodiments, the viral DNA construct comprises a viral gene or portion thereof that allows replication of the construct and asymptomatic expansion into neighboring plant cells.

典型的な実施形態によれば、DNA構築物はジェミニウイルス型構築物である。これら実施形態によれば、構築物は、ジェミニウイルスのレプリカーゼまたはレプリカーゼ会合タンパク質をコードする不連続な核酸配列が隣接して配置される異種DNAを含む。   According to an exemplary embodiment, the DNA construct is a geminivirus type construct. According to these embodiments, the construct comprises heterologous DNA flanked by discontinuous nucleic acid sequences encoding a geminivirus replicase or replicase-associated protein.

他の実施形態によれば、構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質(CP)をコードするポリヌクレオチド配列を含む。典型的な実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質をコードするポリヌクレオチドは、N末端の100アミノ酸をコードするヌクレオチドにおいて変異または欠失を含む。   According to other embodiments, the construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus coat protein (CP). According to an exemplary embodiment, the polynucleotide encoding the modified geminivirus coat protein comprises a mutation or deletion in the nucleotide encoding the 100 amino acids at the N-terminus.

さらに典型的な実施形態によれば、発現構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスV2タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む。   According to a further exemplary embodiment, the expression construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus V2 protein.

さらなる典型的な実施形態によれば、発現構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む。これらの実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質は変異または欠失を含む。いくつかの実施形態によれば、発現構築物はさらに、細菌のポリヌクレオチド配列を含む。   According to a further exemplary embodiment, the expression construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus C4 protein. According to these embodiments, the modified geminivirus C4 protein comprises a mutation or deletion. According to some embodiments, the expression construct further comprises a bacterial polynucleotide sequence.

いくつかの現時点で好ましい実施形態によれば、ジェミニウイルスはトマト黄化葉巻ウイルス(TYLCV)である。これらの実施形態によれば、ジェミニウイルス型構築物は、配列番号1に示される核酸配列を有するIL−60、および、配列番号2に示される核酸配列を有するIL−60−BSからなる群から選択される。   According to some currently preferred embodiments, the geminivirus is tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). According to these embodiments, the geminivirus type construct is selected from the group consisting of IL-60 having the nucleic acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and IL-60-BS having the nucleic acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. Is done.

いくつかの実施形態によれば、DNA構築物は、異種DNAが植物細胞において発現させられるような発現構築物として設計される。これらの実施形態によれば、DNA構築物はさらに、エンハンサー、プロモーターおよび転写終結配列からなる群から選択される少なくとも1つの調節エレメントを含む。   According to some embodiments, the DNA construct is designed as an expression construct such that heterologous DNA is expressed in plant cells. According to these embodiments, the DNA construct further comprises at least one regulatory element selected from the group consisting of an enhancer, a promoter and a transcription termination sequence.

さらなる実施形態によれば、DNA構築物はさらに、異種DNAを含む種子および/または植物体を特定するためのマーカーを含む。   According to a further embodiment, the DNA construct further comprises a marker for identifying seeds and / or plants containing the heterologous DNA.

異種DNAは、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質およびRNAを含めて、どのような所望される産物でもコードすることができる。タンパク質またはRNAは植物起源のものが可能であり、または、細菌起源および哺乳動物起源(これらに限定されない)を含めて、他の起源のものが可能である。いくつかの実施形態によれば、DNAは、標的遺伝子の発現のサイレンシングがもたらされるような、アンチセンスRNA、dsRNAおよびsiRNAなどからなる群から選択される阻害性RNAをコードする。他の実施形態によれば、異種DNAは、生物的または非生物的なストレスに対する抵抗性、増大した収量、増大した収穫特性および好ましい成長パターンなど(これらに限定されない)を含めて、望ましい農学的形質がその発現によって与えられる産物をコードする。さらなる実施形態によれば、コードされたタンパク質産物は化粧品業界または医薬品業界において有用である。なおさらにさらなる実施形態によれば、コードされたタンパク質は、植物細胞および植物組織における所望される代謝産物の産生を高める。   The heterologous DNA can encode any desired product, including peptides, polypeptides, proteins and RNA. The protein or RNA can be of plant origin, or of other origins, including but not limited to bacterial and mammalian origin. According to some embodiments, the DNA encodes an inhibitory RNA selected from the group consisting of antisense RNA, dsRNA, siRNA, etc., that results in silencing of expression of the target gene. According to other embodiments, the heterologous DNA may be desirable agronomical, including but not limited to resistance to biological or abiotic stress, increased yield, increased harvest characteristics and preferred growth patterns. A trait encodes a product conferred by its expression. According to a further embodiment, the encoded protein product is useful in the cosmetic or pharmaceutical industry. According to yet a further embodiment, the encoded protein enhances production of a desired metabolite in plant cells and plant tissues.

さらに他の実施形態によれば、異種DNAは、所望される産物をコードするのではなく、例えば、所有権のある種子、植物および組織の違法な流通を防止するために、種子の起源に対する標識として、または、前記種子から成長した植物に対する標識として単に存在するだけである。   According to yet another embodiment, the heterologous DNA does not encode the desired product, but is a marker for seed origin, for example, to prevent illegal distribution of proprietary seeds, plants and tissues. Or merely as a label for plants grown from said seeds.

異種DNAは、細胞および当該細胞に由来する細胞において一過性に発現させることができ、あるいは、異種DNAは細胞ゲノムに取り込まれてもよい。異種DNAは、組み込まれたDNA配列または組み込まれないDNA配列として、植物細胞の細胞質に、そのオルガネラに、または、核小体に存在することができる。   Heterologous DNA can be expressed transiently in cells and cells derived from the cells, or the heterologous DNA may be incorporated into the cell genome. Heterologous DNA can be present in the cytoplasm of a plant cell, in its organelle, or in the nucleolus as an integrated or non-incorporated DNA sequence.

いくつかの現時点で好ましい実施形態によれば、DNA構築物は、異種DNAが細胞ゲノムに取り込まれるのではなく、構築物が、前記異種DNAを含む種子から成長させられる植物の細胞において複製および拡大することができるように設計されるジェミニウイルス型構築物である。   According to some currently preferred embodiments, the DNA construct does not incorporate heterologous DNA into the cell genome, but the construct replicates and expands in plant cells grown from seeds containing the heterologous DNA. Is a geminivirus-type construct designed to

当業者に知られているようなプライミングシステムおよびプライミング条件はどれも、十分な浸透圧ポテンシャルを有する水溶液を含むシステム、および、固体粒子を含むシステムを含めて、本発明の教示に従って使用することができる。媒体の水分ポテンシャルは、完全な種子吸水膨潤のためには不十分である水分取込みを可能にし、幼根の発根(発芽の完了)ではなく、発芽の初期段階のみを許すだけである。このようなシステムおよび方法は典型的には、植物種子の生物種に従って選択される。   Any priming system and priming conditions as known to those skilled in the art can be used in accordance with the teachings of the present invention, including systems containing aqueous solutions with sufficient osmotic potential, and systems containing solid particles. it can. The water potential of the medium allows for water uptake, which is insufficient for complete seed water uptake and swelling, and only allows for the early stages of germination, not rooting of radicles (complete germination). Such systems and methods are typically selected according to the plant seed species.

さらなる実施形態によれば、本発明は、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含む、本発明の方法によって製造される種子、および、前記種子から製造される植物体またはその一部分を提供する。   According to a further embodiment, the present invention provides a seed produced by the method of the present invention, comprising a viral DNA construct comprising heterologous DNA, and a plant or a part thereof produced from said seed.

いくつかの実施形態によれば、植物種子は単子葉植物起源のものである。他の実施形態によれば、植物種子は双子葉植物起源のものである。   According to some embodiments, the plant seed is of monocotyledonous plant origin. According to another embodiment, the plant seed is of dicotyledonous origin.

本発明の他の目的、特徴および利点が、下記の記載および図面から明らかになる。   Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and drawings.

図1は、発芽均一性に対する種子プライミングに対する影響を明らかにする。FIG. 1 demonstrates the effect on seed priming on germination uniformity.

図2Aは、本明細書中に記載される種子プライミング実験で使用されるジェミニウイルス型構築物の例示である。図2A:IL−60−BS。FIG. 2A is an illustration of a geminivirus-type construct used in the seed priming experiments described herein. FIG. 2A: IL-60-BS. 図2Bは、本明細書中に記載される種子プライミング実験で使用されるジェミニウイルス型構築物の例示である。図2B:pIR−GUS。FIG. 2B is an illustration of a geminivirus type construct used in the seed priming experiments described herein. FIG. 2B: pIR-GUS.

図3は、種子プライミングをジェミニウイルス型構築物の存在下で行った後のトマト本葉における、PCRによって検出されるGUS配列の存在を示す。点線矢印および黒塗り矢印は1500bpのサイズマーカーの位置およびGUS(約1800bp)の位置をそれぞれ示す(レーン1)。レーン8およびレーン12は陰性コントロールであり、それぞれ、非処理の種子から成長させた植物から得られるPCR、および、DNA構築物を伴うことなく吸水膨潤させた種子に由来する植物から得られるPCRである。FIG. 3 shows the presence of GUS sequences detected by PCR in the tomato true leaves after seed priming in the presence of geminivirus type constructs. A dotted arrow and a black arrow indicate the position of the 1500 bp size marker and the position of GUS (about 1800 bp), respectively (lane 1). Lanes 8 and 12 are negative controls, respectively, PCR obtained from plants grown from untreated seeds and PCR obtained from plants derived from water-swollen seeds without a DNA construct. .

図4A−4Bは、IL−60−BSおよびpIR−GUSの存在下での種子プライミングの後でGUS活性について染色されたトマト葉の断面を示す(図4B、40倍の倍率)。Figures 4A-4B show cross sections of tomato leaves stained for GUS activity after seed priming in the presence of IL-60-BS and pIR-GUS (Figure 4B, 40x magnification).

定義
用語「プライミング」は、本明細書中で使用される場合、発芽および実生苗確立を改善するための、種子の種播き前の限定された水和処理を示し、また、完全な水和および発芽に先立つ種子内で生じる生化学的プロセス、生理学的プロセスおよび生物学的プロセスを示す。プライミングプロセスでは、水分利用能が、発芽の初期事象を開始させるために、また、発芽の初期事象に影響を及ぼすためには十分であるが、幼根の発根を可能にするには十分でないように、種子に対する水分利用能が制御および操作される。植物種および栽培者の要求に依存して、上記の制御された水和の後には、部分的な乾燥または完全な乾燥が、種子が種播きまでの短期間または長期間さらに貯蔵され得るように行われる。
Definitions The term “priming” as used herein refers to a limited hydration treatment prior to seed sowing of seeds to improve germination and seedling establishment, Figure 2 shows biochemical, physiological and biological processes occurring in seeds prior to germination. In the priming process, water availability is sufficient to initiate and influence early germination events, but not enough to allow rooting of young roots As such, the water availability for the seed is controlled and manipulated. Depending on the plant species and grower requirements, after the above controlled hydration, partial drying or complete drying can be further stored for short or long periods before seed sowing. Done.

本明細書中で使用される場合、用語「プライミング媒体」は、水による制御された水和をもたらす溶液(無機、例えば、塩/養分、または、有機、例えば、PEG)または固体粒状システム(例えば、カオリンを含むシステム)のどちらかを示す。そのような媒体の例が、Taylor G P他(1998、Seed Science Technology、8:245〜256)において規定される。   As used herein, the term “priming medium” refers to a solution (inorganic, eg, salt / nutrient, or organic, eg, PEG) or solid particulate system (eg, PEG) that provides controlled hydration with water. , Systems containing kaolin). Examples of such media are defined in Taylor GP et al. (1998, Seed Science Technology, 8: 245-256).

用語「プライミングを可能にする条件」は、制御された水分取込みについてこの分野で知られているようないずれかの方法を使用して種子プライミングを誘導するための、媒体組成(例えば、浸透性のPEG溶液または他の成分溶液および固体吸水剤など);継続期間;温度;明暗様式;および通気(例えば、撹拌、かき混ぜ、バブリングなど)の好適な条件を示す。   The term “conditions that allow priming” refers to a medium composition (eg, osmotic) for inducing seed priming using any method known in the art for controlled moisture uptake. PEG solutions or other component solutions and solid water-absorbing agents, etc.); duration; temperature; light-dark mode; and aeration (eg, stirring, stirring, bubbling, etc.) suitable conditions.

用語「処理された植物」は、異種DNAが植物ゲノムに組み込まれているか、または、そのオルガネラに組み込まれているか、または、細胞質において自由に保持されているか、あるいは、組み込まれることなく核にエピソームとして存在しているかにかかわらず、異種DNAが導入されている植物を示す。   The term “treated plant” means that the heterologous DNA has been integrated into the plant genome, or has been integrated into its organelle, or is freely retained in the cytoplasm, or is episomal into the nucleus without being integrated. Regardless of whether it exists as a plant, it refers to a plant into which heterologous DNA has been introduced.

用語「植物」はその最も広い意味で本明細書中では使用される。この用語には、木本植物、草本植物、多年生植物または一年生植物のどのような種も含まれるが、これらに限定されない。この用語はまた、植物の発達のいずれかの段階で存在する構造体に大部分が分化している多数の植物細胞を示す。そのような構造物には、根、茎、シュート、葉、花、花弁、果実、任意の貯蔵器官(例えば、塊茎、球根、球茎、偽茎、葉など)が含まれるが、これらに限定されない。用語「植物組織」には、根、シュート、葉、花粉、種子および腫瘍、ならびに、培養における細胞(例えば、単一細胞、プロトプラスト、胚、カルスなど)に存在する組織を含む、植物の分化した組織および未分化の組織が含まれる。植物組織は、植物内に、あるいは、器官培養、組織培養または細胞培養において存在し得る。用語「植物の一部分」は、本明細書中で使用される場合、植物器官または植物組織を示す。   The term “plant” is used herein in its broadest sense. The term includes, but is not limited to, any species of woody plant, herbaceous plant, perennial plant or annual. The term also refers to a large number of plant cells that are largely differentiated into structures that exist at any stage of plant development. Such structures include, but are not limited to, roots, stems, shoots, leaves, flowers, petals, fruits, any storage organ (eg, tubers, bulbs, corms, pseudostems, leaves, etc.). . The term “plant tissue” refers to the differentiated plant, including roots, shoots, leaves, pollen, seeds and tumors, and tissues present in cells in culture (eg, single cells, protoplasts, embryos, callus, etc.). Tissue and undifferentiated tissue are included. The plant tissue can be present in the plant or in organ culture, tissue culture or cell culture. The term “part of a plant” as used herein refers to a plant organ or plant tissue.

用語「遺伝子」は、RNAまたはポリペプチドを産生させるために必要なコード配列を含む核酸(例えば、DNAまたはRNA)配列を示す。この用語は、天然の遺伝子、同様にまた、人によって細工された(合成)遺伝子を含む。ポリペプチドが、全長のコード配列によって、または、その任意の一部分によってコードされ得る。用語「その一部分」は、遺伝子に関して使用されるとき、サイズにおいて数ヌクレオチドから、完全な遺伝子配列からは1ヌクレオチド少ないものにまで及ぶその遺伝子のフラグメントを示す。したがって、「遺伝子の少なくとも一部分を含む核酸配列」は遺伝子のフラグメントまたは遺伝子全体を含むことができる。   The term “gene” refers to a nucleic acid (eg, DNA or RNA) sequence that comprises coding sequences necessary to produce an RNA or polypeptide. The term includes natural genes as well as human-crafted (synthetic) genes. A polypeptide can be encoded by a full-length coding sequence or by any portion thereof. The term “part thereof”, when used with respect to a gene, refers to a fragment of that gene, ranging from a few nucleotides in size to one nucleotide less than the complete gene sequence. Thus, a “nucleic acid sequence comprising at least a portion of a gene” can include a fragment of the gene or the entire gene.

用語「遺伝子」はまた、構造遺伝子のコード領域を包含し、どちらの側でも約1kbの距離にわたって5’末端および3’末端の両方でコード領域に隣接して見出される配列を含む。コード領域の5’側に位置し、かつ、mRNAに存在する配列は、5’非翻訳配列(5’UTR)と呼ばれる。コード配列の3’側、すなわち、下流側に位置し、かつ、mRNAに存在する配列は、3’非翻訳配列(3’UTR)と呼ばれる。   The term “gene” also encompasses the coding region of a structural gene and includes sequences found on both sides adjacent to the coding region at both the 5 ′ and 3 ′ ends over a distance of about 1 kb. A sequence located 5 'to the coding region and present in the mRNA is called a 5' untranslated sequence (5'UTR). The sequence located 3 ', ie downstream, of the coding sequence and present in the mRNA is referred to as the 3' untranslated sequence (3'UTR).

用語「核酸」は、本明細書中で使用される場合、線状または分岐で、一本鎖または二本鎖であるRNAまたはDNA、あるいは、それらのハイブリッドを示す。この用語はまた、RNA/DNAハイブリッドを包含する。   The term “nucleic acid” as used herein refers to linear or branched, single-stranded or double-stranded RNA or DNA, or hybrids thereof. The term also includes RNA / DNA hybrids.

用語「異種DNA」または用語「外因性DNA」は、その天然の環境において存在しない(すなわち、人の手によって変化させられている)ポリヌクレオチドを示す。例えば、異種DNAには、1つの生物種に由来し、別の生物種に導入されたポリヌクレオチドが含まれる。異種DNAにはまた、何らかの方法で変化させられている(例えば、変異させられている、多数コピーで加えられている、非生来的なプロモーター配列またはエンハンサー配列に連結されているなどの)生物にとって生来的なポリヌクレオチドが含まれる。異種DNAは、植物起源、細菌起源および動物起源の遺伝子配列を含むことができる。そのような遺伝子配列は遺伝子のcDNA形態を含むことができる;cDNA配列は、(mRNAを産生させるために)センス配向で、または、(mRNA転写物に対して相補的であるアンチセンスRNA転写物を産生させるために)アンチセンス配向でのどちらでも発現させることができる。異種の植物遺伝子は下記の点で内因性の植物遺伝子と区別される:異種の遺伝子配列は典型的には、異種遺伝子によってコードされるタンパク質に対する遺伝子と、または、染色体における植物遺伝子配列と自然界では会合することが見出されない調節エレメント(例えば、プロモーターなど)、あるいは、(例えば、遺伝子が通常の場合には発現しない遺伝子座において発現させられる遺伝子のように)自然界では見出されない染色体の部分と会合する調節エレメント(例えば、プロモーターなど)を含むヌクレオチド配列につながれる。   The term “heterologous DNA” or the term “exogenous DNA” refers to a polynucleotide that is not present in its natural environment (ie, has been altered by the hand of man). For example, heterologous DNA includes a polynucleotide derived from one species and introduced into another species. Heterologous DNA is also for organisms that have been altered in some way (eg, mutated, added in multiple copies, linked to non-native promoter or enhancer sequences, etc.) Native polynucleotides are included. Heterologous DNA can include gene sequences of plant, bacterial and animal origin. Such gene sequences can include the cDNA form of the gene; the cDNA sequence can be in sense orientation (to produce mRNA) or an antisense RNA transcript that is complementary to the mRNA transcript. Can be expressed either in the antisense orientation. Heterologous plant genes are distinguished from endogenous plant genes in the following ways: Heterologous gene sequences are typically genes for proteins encoded by heterologous genes, or plant gene sequences in the chromosome and in nature. Regulatory elements that are not found to be associated (eg, promoters, etc.), or portions of chromosomes that are not found in nature (eg, genes that are expressed at a locus where the gene is not normally expressed) Linked to a nucleotide sequence that contains associated regulatory elements (eg, promoters, etc.).

用語「構築物」はその広い意味で本明細書中では使用され、これにより、目的とする異種DNAを含む人為的に組み立てられた核酸分子または単離された核酸分子を示す。一般には、構築物は、異種DNA(典型的には、目的とする遺伝子)、場合によりこれもまた目的とする遺伝子であり得るマーカー遺伝子、および、適切な調節配列を含むことができる。調節配列が構築物に含まれることは、必要に応じて随意的であることを理解しなければならない。例えば、そのような配列は、宿主細胞の調節配列が使用されることになる状況では要求されないことがある。構築物の用語はベクターを包含するが、それに限定されるとして理解してはならない。   The term “construct” is used herein in its broadest sense to thereby refer to an artificially assembled or isolated nucleic acid molecule containing a heterologous DNA of interest. In general, a construct can include heterologous DNA (typically a gene of interest), optionally a marker gene, which can also be a gene of interest, and appropriate regulatory sequences. It should be understood that inclusion of regulatory sequences in the construct is optional as required. For example, such sequences may not be required in situations where host cell regulatory sequences will be used. The term construct includes a vector, but should not be understood as being limited thereto.

用語「機能的に連結される(された)」は、複数の核酸配列が単一の核酸フラグメントにおいて連携し、その結果、1つの核酸配列の機能が他方によって調節されることを示す。例えば、プロモーターがコード配列の発現を調節することができるとき(すなわち、コード配列がプロモーターの転写制御下にあるとき)、プロモーターはそのコード配列と機能的に連結される。コード配列はセンス配向またはアンチセンス配向で調節配列に対して機能的に連結することができる。   The term “operably linked” indicates that a plurality of nucleic acid sequences are linked in a single nucleic acid fragment so that the function of one nucleic acid sequence is regulated by the other. For example, a promoter is operably linked to a coding sequence when the promoter is capable of regulating the expression of the coding sequence (ie, when the coding sequence is under the transcriptional control of the promoter). Coding sequences can be operably linked to regulatory sequences in sense or antisense orientation.

用語「プロモーターエレメント」、用語「プロモーター」または用語「プロモーター配列」は、本明細書中で使用される場合、DNAポリマーのタンパク質コード領域の5’末端に位置する(すなわち、DNAポリマーのタンパク質コード領域の前方にある)DNA配列を示す。自然界で知られているほとんどのプロモーターの存在位置が転写領域の前方にある。プロモーターは、遺伝子の発現を作動させるスイッチとして機能する。遺伝子が作動させられるならば、遺伝子が転写される、または、転写に関与すると言われる。転写は遺伝子からのmRNAの合成を伴う。したがって、プロモーターは転写調節エレメントとして働き、また、mRNAへの遺伝子の転写を開始するための部位もまた提供する。プロモーターは、その全体が天然遺伝子に由来してもよく、または、自然界で見出される種々のプロモーターに由来する異なるエレメントから構成されてもよく、または、それどころか、合成DNAセグメントを含むことさえある。種々のプロモーターが遺伝子の発現を種々の組織または細胞タイプにおいて、あるいは、発達の種々の段階において、あるいは、種々の環境条件に対する応答において導き得ることが、当業者によって理解される。ほとんどの場合において、調節配列の正確な境界が完全には明確にされていないので、ある程度の変化を有するDNAフラグメントが同一のプロモーター活性を有し得ることがさらに認められる。遺伝子をほとんどの時間でほとんどの細胞タイプにおいて発現させるプロモーターは、「構成的プロモーター」と一般に呼ばれる。植物細胞において有用な様々なタイプの新しいプロモーターが絶えず発見されている;数多くの例が、Okamura J KおよびGoldberg R B(1989)、Biochemistry of Plants、15:1〜82に見出され得る。   The term “promoter element”, the term “promoter” or the term “promoter sequence” as used herein is located at the 5 ′ end of the protein coding region of a DNA polymer (ie, the protein coding region of a DNA polymer). DNA sequence in front of). Most promoters known in nature are located in front of the transcription region. The promoter functions as a switch that activates the expression of the gene. A gene is said to be transcribed or involved in transcription if it is turned on. Transcription involves the synthesis of mRNA from a gene. Thus, the promoter acts as a transcriptional regulatory element and also provides a site for initiating transcription of the gene into mRNA. A promoter may be derived from a natural gene in its entirety, or may be composed of different elements derived from various promoters found in nature, or even contain synthetic DNA segments. It will be appreciated by those skilled in the art that various promoters can direct gene expression in various tissues or cell types, at various stages of development, or in response to various environmental conditions. It is further appreciated that in most cases the exact boundaries of the regulatory sequences have not been fully defined, so that DNA fragments with some variation can have the same promoter activity. Promoters that cause a gene to be expressed in most cell types at most times are commonly referred to as “constitutive promoters”. Various types of new promoters useful in plant cells are continually discovered; numerous examples can be found in Okamura JK and Goldberg RB (1989), Biochemistry of Plants, 15: 1-82.

本明細書中で使用される場合、用語「エンハンサー」は、プロモーター活性を刺激することができるDNA配列を示し、プロモーターの固有のエレメント、あるいは、プロモーターのレベルまたは組織特異性を強化するために挿入される異種エレメントであり得る。   As used herein, the term “enhancer” refers to a DNA sequence that can stimulate promoter activity and is inserted to enhance the promoter's unique elements, or the level or tissue specificity of the promoter. Can be a heterogeneous element.

用語「発現」は、本明細書中で使用される場合、機能的な最終産物(例えば、mRNAまたはタンパク質)の産生を示す。   The term “expression” as used herein refers to the production of a functional end product (eg, mRNA or protein).

発明を行うための好ましい態様
本発明は、異種DNAを植物の細胞または組織に導入するための方法を提供する。本発明の方法は、外因性DNAを含む種子および植物を製造することを、簡便で、使用が容易で、費用がかからない、広範囲に利用可能な、かつ、効率的な手段により可能にする。本発明の方法によれば、所望されるDNAが種子に導入され、その後、植物が種子から成長させられ、したがって、このことは、DNA導入の効率、および、費用がかかる、時には困難な植物細胞プロセスに対する救済をかなり増大させる。
Preferred Embodiments for Carrying out the Invention The present invention provides a method for introducing heterologous DNA into plant cells or tissues. The method of the present invention makes it possible to produce seeds and plants containing exogenous DNA by simple, easy to use, inexpensive, widely available and efficient means. According to the method of the present invention, the desired DNA is introduced into the seed, after which the plant is grown from the seed, which means that this is an efficient and costly and sometimes difficult plant cell for DNA introduction. Significantly increase the relief to the process.

1つの局面によれば、本発明は、異種DNAを植物種子胚の少なくとも1つの細胞に導入するための方法であって、植物種子を、プライミングを可能にする条件のもと、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含有するプライミング媒体と接触させ、それにより、異種DNAを含む種子胚を得ることを含む方法を提供する。   According to one aspect, the present invention is a method for introducing heterologous DNA into at least one cell of a plant seed embryo, the plant seed comprising heterologous DNA under conditions that allow priming. There is provided a method comprising contacting a priming medium containing a viral DNA construct, thereby obtaining a seed embryo containing heterologous DNA.

いくつかの実施形態によれば、ウイルス型DNA構築物は、構築物の複製および隣接する植物細胞への無症状性拡大を可能にするウイルス遺伝子またはその一部を含む。   According to some embodiments, the viral DNA construct comprises a viral gene or portion thereof that allows replication of the construct and asymptomatic expansion into adjacent plant cells.

いくつかの実施形態によれば、本発明の方法はさらに、異種DNAを含む植物またはその一部を得るように、その後の種子の発芽および成長を行わせるための好適な条件を提供することを含む。   According to some embodiments, the method of the present invention further provides suitable conditions for allowing subsequent seed germination and growth to obtain a plant or part thereof comprising heterologous DNA. Including.

用語「異種DNAを含む」は、植物または種子に関して使用されるとき、少なくとも1つの異種DNAをその細胞の1つまたは複数において含有する植物または種子を示す。この用語は大まかには、少なくとも1つの異種DNAをその細胞の少なくとも1つにおいて含有する植物、植物構造物、植物組織、植物種子または植物細胞を示す。この用語には、DNAが導入された初代細胞、ならびに、移入の回数に関係なくその細胞に由来する培養物および植物が含まれる。すべての子孫が、意図的または偶然的な事象のために、DNAの中味において正確に同一でなくてもよい。DNAが導入された元の細胞においてスクリーニングされるのと同じ機能性を有する変異子孫が、形質転換体の定義に含まれる。   The term “comprising heterologous DNA” when used with respect to a plant or seed refers to a plant or seed that contains at least one heterologous DNA in one or more of its cells. The term generally refers to a plant, plant structure, plant tissue, plant seed or plant cell that contains at least one heterologous DNA in at least one of its cells. The term includes primary cells into which DNA has been introduced, as well as cultures and plants derived from the cells regardless of the number of transfers. Not all offspring may be exactly identical in the content of the DNA due to intentional or accidental events. Mutant progeny that have the same functionality as screened in the original cell into which the DNA has been introduced are included in the definition of transformants.

細胞への異種DNAの導入は安定的または一過性であってもよい。用語「一過性」は、1つまたは複数の外因性ポリヌクレオチドが宿主細胞のゲノムへの外因性ポリヌクレオチドの組込みの非存在下で細胞に導入されることを示す。このタイプのDNA導入はまた、「一過性形質転換」と呼ばれることがある。したがって、用語「一過性形質転換体」は、1つまたは複数の外因性ポリヌクレオチドを一過性に取り込んでいる細胞を示す。一過性に形質転換された細胞は典型的には、「非トランスジェニック」または「遺伝子非組換え型(非GMO)」と呼ばれる。対照的に、安定的なDNA導入は、「安定的に形質転換された」細胞または組織をもたらす「安定的形質転換」と呼ばれ、1つまたは複数の外因性ポリヌクレオチドが導入され、細胞のゲノムに組み込まれることを示す。用語「安定的形質転換体」は、1つまたは複数の外因性ポリヌクレオチドをゲノムDNAまたはオルガネラDNA(クロロプラストおよび/またはミトコンドリア)に安定的に組み込んでいる細胞を示す。外因性DNAにより安定的に形質転換された細胞を含む植物またはその一部は典型的には、「トランスジェニック植物」、「トランスジェニック植物細胞」、または、本発明の関連では「トランスジェニック種子」と呼ばれる。   Introduction of heterologous DNA into the cell may be stable or transient. The term “transient” indicates that one or more exogenous polynucleotides are introduced into the cell in the absence of integration of the exogenous polynucleotide into the genome of the host cell. This type of DNA transfer is also sometimes referred to as “transient transformation”. Thus, the term “transient transformant” refers to a cell that has transiently taken up one or more exogenous polynucleotides. Transiently transformed cells are typically referred to as “non-transgenic” or “gene non-recombinant (non-GMO)”. In contrast, stable DNA transfer is referred to as “stable transformation” resulting in “stablely transformed” cells or tissues, and one or more exogenous polynucleotides are introduced and the cells Shows integration into the genome. The term “stable transformant” refers to a cell that has stably integrated one or more exogenous polynucleotides into genomic or organelle DNA (chloroplasts and / or mitochondria). A plant or part thereof comprising cells stably transformed with exogenous DNA is typically a “transgenic plant”, “transgenic plant cell”, or “transgenic seed” in the context of the present invention. Called.

本発明のウイルス型DNA構築物は、本発明のウイルス型DNA構築物が導入された植物における全身的な無症状性拡大が可能である。本明細書中で使用される場合、用語「全身的な無症状性拡大」は、ウイルス型ベクターが、ウイルスの特徴的な病原性症状を誘導することなく、例えば、胚細胞から発達中の葉細胞に広がることができることを示す。DNA構築物はさらに、異種DNAを含む植物の子孫に伝えることができる。何らかの特定の理論または作用機構によってとらわれることを望まないが、そのような移入が、植物生殖細胞へのウイルス型DNA構築物の拡大から生じることがある。   The viral DNA construct of the present invention is capable of systemic asymptomatic expansion in plants into which the viral DNA construct of the present invention has been introduced. As used herein, the term “systemic asymptomatic expansion” means that the viral vector does not induce the characteristic pathogenic symptoms of the virus, eg, leaves developing from embryonic cells Shows that it can spread to cells. The DNA construct can further be transmitted to plant progeny containing heterologous DNA. While not wishing to be bound by any particular theory or mechanism of action, such transfer may result from the expansion of viral DNA constructs into plant germ cells.

いくつかの現時点で好ましい実施形態によれば、DNA構築物は、国際(PCT)特許出願公開番号WO2007/141790(これはその全体が参照により本明細書中に組み込まれる)に開示されるようにジェミニウイルスの遺伝子構成成分に基づく。構築物は、ジェミニウイルスのレプリカーゼをコードする不連続な核酸配列が隣接して配置される異種ポリヌクレオチド配列を含む。   According to some currently preferred embodiments, the DNA construct is a gemini as disclosed in International (PCT) Patent Application Publication No. WO2007 / 141790, which is incorporated herein by reference in its entirety. Based on the viral genetic components. The construct includes a heterologous polynucleotide sequence flanked by discrete nucleic acid sequences encoding a geminivirus replicase.

他の実施形態によれば、構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質(CP)をコードするポリヌクレオチド配列を含む。典型的な実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質は、配列番号3に示されるアミノ酸配列を有する。さらなる実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質をコードするポリヌクレオチドは、変異または欠失を、N末端の100アミノ酸をコードするヌクレオチドにおいて含む。   According to other embodiments, the construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus coat protein (CP). According to an exemplary embodiment, the modified geminivirus coat protein has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3. According to a further embodiment, the polynucleotide encoding a modified geminivirus coat protein comprises a mutation or deletion in the nucleotide encoding the N-terminal 100 amino acids.

さらなる典型的な実施形態によれば、発現構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスV2タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む。典型的な実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスV2タンパク質は、配列番号4に示されるアミノ酸配列を有する。   According to a further exemplary embodiment, the expression construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus V2 protein. According to an exemplary embodiment, the modified geminivirus V2 protein has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.

さらなる典型的な実施形態によれば、発現構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む。典型的な実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質は、配列番号5に示されるアミノ酸配列を有する。これらの実施形態によれば、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質は変異または欠失を含む。   According to a further exemplary embodiment, the expression construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus C4 protein. According to an exemplary embodiment, the modified geminivirus C4 protein has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5. According to these embodiments, the modified geminivirus C4 protein comprises a mutation or deletion.

長い異種ポリヌクレオチドを有し、かつ、複製および無症状性拡大が可能である他のウイルス型構築物もまた、本発明の教示の範囲内に包含されることを明確に理解しなければならない。本明細書中で使用される場合、用語「長い異種ポリヌクレオチド」は、少なくとも1kbの長さ(典型的には少なくとも5kbの長さ、より典型的には6kbの長さ)のポリヌクレオチドを示す。   It should be clearly understood that other viral-type constructs that have long heterologous polynucleotides and are capable of replication and asymptomatic expansion are also encompassed within the teachings of the present invention. As used herein, the term “long heterologous polynucleotide” refers to a polynucleotide of at least 1 kb in length (typically at least 5 kb in length, more typically 6 kb in length). .

いくつかの典型的な実施形態によれば、DNA構築物はトマト黄化葉巻ウイルス(TYLCV)に基づく。そのような構築物の例が、図2に記載されるようなIL−60−BS(これは、配列番号2に示される核酸配列を有する)およびpIR−GUS(これは、配列番号8に示される核酸配列を有する)である。   According to some exemplary embodiments, the DNA construct is based on tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). Examples of such constructs are IL-60-BS as described in FIG. 2 (which has the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2) and pIR-GUS (which is shown in SEQ ID NO: 8). Having a nucleic acid sequence).

本発明の教示に従って使用されるジェミニウイルス型構築物は種子胚細胞に導入されるが、細胞のゲノムには組み込まれない。したがって、異種DNAを含む種子から成長する植物、および、その植物から成長する植物は、遺伝子非組換え型植物と呼ばれる。   Geminivirus-type constructs used in accordance with the teachings of the present invention are introduced into seed germ cells, but not integrated into the cell's genome. Therefore, plants that grow from seeds containing heterologous DNA and plants that grow from the plants are called non-recombinant plants.

遺伝子組換え植物の農業使用は国民的論議の事柄であり、多くの国では法律または規制によって容認されていない。トランスジェニック植物の使用に反対を唱える主な憂慮すべき事柄が、(隠れた有害な位置効果に起因する)トランスジェニック系統の不適切な選抜、雑草および他の作物との起こり得る交雑、組換えに起因するさらなるゲノム変化(複数コピーの内因性遺伝子が付加されるときには特に)、そして、植物および土壌微生物への外来遺伝子の起こり得る伝達が懸念されることである。食物および環境への抗生物質抵抗性遺伝子の持ち込みもまた、大きな関心事である。   The agricultural use of genetically modified plants is a matter of national debate and is not permitted by law or regulation in many countries. The main concerns that oppose the use of transgenic plants are inappropriate selection of transgenic lines (due to hidden harmful position effects), possible crossing with weeds and other crops, recombination There are concerns about further genomic alterations due to (especially when multiple copies of endogenous genes are added) and possible transmission of foreign genes to plants and soil microorganisms. The introduction of antibiotic resistance genes into food and the environment is also of great concern.

バイオセーフティーおよび環境的側面は、実際の、注意深く管理された長期にわたる屋外試験に従ったときに結論され得るだけである。そのような実験を行うための認可が、厳しい実験室データに基づく評価に依存する。本発明の方法の1つの利点が、TYCLVに基づく構築物は環境に優しく、かつ、バイオセーフティー評価の屋外試験のためにすぐに使用できるようであるという発見から生じている。ジェミニウイルスは種子伝染性がない(Kashina他、2003、Phytoparasitica、31:188〜199)。ベクター形態のIL−60−BSおよびpIRは、植物に非常に多数の昆虫媒介者が群落形成したときでさえ、昆虫伝染性がない。したがって、TYCLV型構築物は植物形質転換のために非常に好適である。   Biosafety and environmental aspects can only be concluded when following actual, carefully controlled long-term field trials. Authorization to perform such experiments relies on evaluation based on rigorous laboratory data. One advantage of the method of the present invention stems from the discovery that TYCLV-based constructs are environmentally friendly and can be readily used for field testing of biosafety assessments. Geminiviruses are not seed contagious (Kashina et al., 2003, Phytoparasitica, 31: 188-199). The vector forms of IL-60-BS and pIR are not insect infectious even when a large number of insect vectors form a community in the plant. Therefore, TYCLV type constructs are very suitable for plant transformation.

処理された種子の細胞における異種DNAの存在は、異種DNAが一過性に発現されるか、または、安定的に組み込まれるかによらず、当業者に知られているようないずれかの好適な方法を用いることによって確認することができる。細胞の安定的形質転換を、ゲノムDNAを単離し、外因性ポリヌクレオチドの1つまたは複数に結合することができる核酸配列とのサザンブロットハイブリダイゼーションを用いるか、あるいは、外因性ポリヌクレオチド配列を増幅するための適切なプライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反応を用いることによって検出することができる。形質転換DNAの発現を、例えば、外因性ポリヌクレオチドの1つまたは複数によってコードされるポリペプチドの存在を検出する酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)によって、あるいは、外因性ポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質の活性を検出することによって検出することができる。   The presence of the heterologous DNA in the treated seed cells may be any suitable as known to those skilled in the art, regardless of whether the heterologous DNA is transiently expressed or stably integrated. This can be confirmed by using a simple method. Stable transformation of cells using Southern blot hybridization with nucleic acid sequences that can isolate genomic DNA and bind to one or more of the exogenous polynucleotides, or amplify the exogenous polynucleotide sequences It can be detected by using the polymerase chain reaction with appropriate primers. Expression of transforming DNA, eg, by an enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) that detects the presence of a polypeptide encoded by one or more of the exogenous polynucleotides, or a protein encoded by the exogenous polynucleotide Can be detected by detecting the activity of.

代替において、外因性DNAはマーカーを含むことができる。マーカーは、マーカーを発現する細胞、植物および/または種子の特定および/または選抜に備えるものである。マーカーは、十分なレベルで発現されるとき、選抜用薬剤に対する抵抗性を与える産物をコードすることができる。そのようなマーカーおよびその対応する選抜用薬剤には、除草剤抵抗性遺伝子および除草剤、抗生物質抵抗性遺伝子および抗生物質、ならびに、他の化学物質抵抗性遺伝子およびその対応する化学物質が含まれるが、これらに限定されない。細菌の薬物抵抗性遺伝子には、カナマイシン、パロマイシン、ネオマイシンおよびG418に対する抵抗性を与えるネオマイシンホスホトランスフェラーゼII(nptII)、ならびに、ヒグロマイシンBに対する抵抗性を与えるヒグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(hph)が含まれるが、これらに限定されない。抵抗性はまた、イミダゾリノン系化合物、スルホニルウレア系化合物、トリアゾロピリミジン系化合物、グリホサート、セトキシジム、フェノキサプロップ、グルホシネート、ホスフィノトリシン、トリアジン系化合物およびブロモキシニルなど(これらに限定されない)を含むアミノ酸合成阻害剤、光合成阻害剤、脂質阻害剤、成長調節剤、細胞膜破壊剤、顔料系阻害剤、実生苗成長阻害剤を含めて、いくつかの群に由来する除草剤に対して付与され得る。   In the alternative, the exogenous DNA can include a marker. The marker provides for the identification and / or selection of cells, plants and / or seeds that express the marker. A marker can encode a product that, when expressed at a sufficient level, confers resistance to a selection agent. Such markers and their corresponding selection agents include herbicide resistance genes and herbicides, antibiotic resistance genes and antibiotics, and other chemical resistance genes and their corresponding chemicals However, it is not limited to these. Bacterial drug resistance genes include neomycin phosphotransferase II (nptII) which confers resistance to kanamycin, paromycin, neomycin and G418, and hygromycin phosphotransferase (hph) which confers resistance to hygromycin B. However, it is not limited to these. Resistance also includes amino acid synthesis including, but not limited to, imidazolinone compounds, sulfonylurea compounds, triazolopyrimidine compounds, glyphosate, cetoxydim, phenoxaprop, glufosinate, phosphinotricin, triazine compounds and bromoxynyl. It can be applied to herbicides from several groups, including inhibitors, photosynthesis inhibitors, lipid inhibitors, growth regulators, cell membrane disruptors, pigment-based inhibitors, seedling seedling growth inhibitors.

さらなるタイプのマーカーは、適切な基質を与えたとき、好ましくは発色させる生化学反応に従うことによってその発現が検出され得るマーカーである。例には、GUS(β−グルクロニダーゼ)レポーターシステム、ルシフェリン−ルシフェラーゼおよび緑色蛍光タンパク質(GFP)システムなどが挙げられる。   A further type of marker is a marker whose expression can be detected by following a biochemical reaction that preferably develops color when given an appropriate substrate. Examples include GUS (β-glucuronidase) reporter system, luciferin-luciferase and green fluorescent protein (GFP) system.

いくつかの実施形態によれば、DNA構築物はさらに、プロモーター、エンハンサーおよび終結シグナル(これらに限定されない)を含む調節エレメントを含む。   According to some embodiments, the DNA construct further comprises regulatory elements including, but not limited to, promoters, enhancers and termination signals.

非常に一般に使用されているプロモーターには、ノパリンシンターゼ(NOS)プロモーター(Ebert他、1987、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.、84:5745〜5749)、オクトピンシンターゼ(OCS)プロモーター、カリモウイルスのプロモーター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の19Sプロモーター(Lawton他、1987、Plant Mol Biol、9:315〜324)、CaMVの35Sプロモーター(Odell他、1985、Nature、313:810〜812)、および、ゴマノハグサモザイクウイルスの35Sプロモーター、rubiscoの小サブユニットに由来する光誘導性プロモーター、Adhプロモーター(Walker他、1987、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.、84:6624〜66280)、スクロースシンターゼプロモーター(Yang他、1990、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.、87:4144〜4148)、R遺伝子複合プロモーター(Chandler他、1989、Plant Cell、1:1175〜1183)、クロロフィルa/b結合タンパク質遺伝子プロモーターなどがある。他の一般に使用されているプロモーターが、ジャガイモ塊茎ADPGPP遺伝子に対するプロモーター、スクロースシンターゼプロモーター、顆粒結合デンプンシンターゼプロモーター、グルテリン遺伝子プロモーター、トウモロコシのwaxyプロモーター、Brittle遺伝子プロモーターおよびShrunken2プロモーター、酸性キチナーゼ遺伝子プロモーター、ならびに、ダイズ遺伝子プロモーター(15kD、16kD、19kD、22kDおよび27kD;Perdersen他、1982、Cell、29:1015〜1026)である。多数のプロモーターが国際特許出願公開番号WO00/18963に記載される。   Very commonly used promoters include the nopaline synthase (NOS) promoter (Ebert et al., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84: 5745-5749), octopine synthase ( OCS) promoter, caulimovirus promoter (eg, cauliflower mosaic virus (CaMV) 19S promoter (Lawton et al., 1987, Plant Mol Biol, 9: 315-324), CaMV 35S promoter (Odell et al., 1985, Nature, 313) : 810-812), and the 35S promoter of sesame mosaic virus, the light-inducible promoter derived from the small subunit of rubisco, the Adh promoter (Walker et al., 198 7, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84: 6624-66280), sucrose synthase promoter (Yang et al., 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 4144-4148), R gene complex promoter (Chandler et al., 1989, Plant Cell, 1: 1175-1183), chlorophyll a / b binding protein gene promoter, etc. Other commonly used promoters are potato tuber ADPGPP Promoters for genes, sucrose synthase promoter, granule-bound starch synthase promoter, glutelin gene promoter, maize waxy promoter, Brittle gene promoter and Shr The nken2 promoter, the acid chitinase gene promoter, and the soybean gene promoter (15 kD, 16 kD, 19 kD, 22 kD, and 27 kD; Perdersen et al., 1982, Cell, 29: 1015-1026). / 18963.

「3’非コード配列」は、コード配列の下流側に位置するDNA配列を示し、これには、mRNAプロセシングまたは遺伝子発現に影響を及ぼし得る調節シグナルをコードするポリアデニル化認識配列および他の配列が含まれる。ポリアデニル化シグナルは通常、mRNA前駆体の3’末端へのポリアデニル酸域の付加に影響を及ぼすことによって特徴づけられる。種々の3’非コード配列の使用が、Ingelbrecht I L他(1989、Plant Cell、1:671〜680)によって例示される。   “3 ′ non-coding sequence” refers to a DNA sequence located downstream of the coding sequence, including polyadenylation recognition sequences and other sequences that encode regulatory signals that may affect mRNA processing or gene expression. included. The polyadenylation signal is usually characterized by affecting the addition of a polyadenylic acid region to the 3 'end of the mRNA precursor. The use of various 3 'non-coding sequences is exemplified by Ingelbrecht IL et al. (1989, Plant Cell, 1: 671-680).

本発明の方法は、所望される性質、例えば、(a)生物的および非生物的なストレス条件に対する抵抗性、例えば、昆虫、線虫に対する抵抗性、ウイルス、細菌、真菌および他の病原体生物によって引き起こされる病気に対する抵抗性、特定の除草剤に対する抵抗性、(b)劣悪な条件への適合化、例えば、塩耐性、干ばつ耐性、低温耐性および高温耐性など;(c)改善された収穫特性形質(これには、色素形成、堅さ、成分(糖、揮発物、オイル、脂肪酸および/または酸を含む)のタイプおよび含有量、サイズ、成長速度、矮性成長習性、発根時間、果実の出現および成熟化の時間が含まれるが、これらに限定されない);栄養価または商業的価値;(d)可食収量の改善された生成、あるいは、タンパク質の形態、二次代謝産物の形態でのどちらでも生物医薬品産業および化粧品産業のための二次代謝産物の改善された生成、および、(e)所望される成長習性(これには、有限的、半有限的および無限的(例えば、トマトについて)、矮性および正常(例えば、トウモロコシについて)、ならびに、植物の活力が含まれる)を得ることなどを植物に与えることを含めて、その存在および/または発現が注目されるいずれかのポリヌクレオチドを導入するために使用することができる。導入されたDNAはまた、異種DNAが、アンチセンス、siRNA、dsRNAの形態であるようなときには遺伝子サイレンシングをもたらすことができる;あるいは、繊維、木材、オイル、樹脂など(これらに限定されない)を含めて、産業用の原料、同様にまた、遺伝的要因、ならびに/または、遺伝子および環境による相互作用によって支配される他の植物形質を生じさせるためのものが可能である。   The methods of the present invention provide a desired property, such as (a) resistance to biological and abiotic stress conditions, such as resistance to insects, nematodes, viruses, bacteria, fungi and other pathogen organisms. Resistance to the disease caused, resistance to certain herbicides, (b) adaptation to poor conditions, eg salt tolerance, drought tolerance, cold tolerance and high temperature tolerance; (c) improved harvest characteristic traits (This includes pigmentation, firmness, type and content of ingredients (including sugars, volatiles, oils, fatty acids and / or acids), size, growth rate, fertile growth habits, rooting time, fruit appearance Including, but not limited to, maturation time); nutritional value or commercial value; (d) improved production of edible yield, or protein form, secondary metabolite form Improved production of secondary metabolites for both the biopharmaceutical and cosmetic industries, and (e) desired growth habits (including finite, semi-finite and infinite (e.g., Any polys whose presence and / or expression are noted, including for plants to obtain (for tomatoes), fertility and normal (eg, for corn), and obtaining plant vitality), etc. Can be used to introduce nucleotides. Introduced DNA can also provide gene silencing when the heterologous DNA is in the form of antisense, siRNA, dsRNA; or, but not limited to, fiber, wood, oil, resin, etc. Including industrial raw materials, as well as for generating other plant traits governed by genetic factors and / or interactions by genes and the environment.

発現ポリヌクレオチド配列は、植物を非生物的ストレス要因(例えば、日照り、熱または寒冷など)から保護するであろう分子をコードすることができる。例には、ミオキソセファルス・スコルピウス(Myoxocephalus Scorpius)(WO00/00512)またはM.オクトデセムスピノスス(M.octodemspinosus)に由来する凍結防止ポリペプチド、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)の転写活性化因子CBF1、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ(WO97/12983、WO98/11240)、カルシウム依存性タンパク質キナーゼ遺伝子)(WO98/26045)、カルシニューリン類(WO99/05902)、酵母由来のカゼインキナーゼ(WO02/052012)、ファルネシルトランスフェラーゼ(WO99/06580)、フェリチン(Deak M他、1999、Nature Biotechnology、17:192〜196)、シュウ酸オキシダーゼ(WO99/04013)、DREB1A因子(Kasuga M.他、1999、Nature Biotech、17:276〜286)、マンニトール合成またはトレハロース合成の遺伝子(例えば、トレハロースリン酸シンターゼまたはトレハロースリン酸ホスファターゼ(WO97/42326)など)、または、トレハラーゼなどの遺伝子を阻害すること(WO97/50561)が含まれる。   The expressed polynucleotide sequence can encode a molecule that will protect the plant from abiotic stressors (eg, sunshine, heat or cold). Examples include Myoxocephalus Scorpius (WO 00/00512) or M.C. Anti-freeze polypeptide derived from M. octodemspinosus, Arabidopsis thaliana transcriptional activator CBF1, glutamate dehydrogenase (WO97 / 12983, WO98 / 11240), calcium-dependent protein kinase gene) WO 98/26045), calcineurins (WO 99/05902), casein kinase derived from yeast (WO 02/052012), farnesyltransferase (WO 99/06580), ferritin (Deak M et al., 1999, Nature Biotechnology, 17: 192-196), Oxalate oxidase (WO99 / 04013), DREB1A factor (Kasuga M. et al., 19 9, Nature Biotech, 17: 276-286), inhibiting genes such as mannitol synthesis or trehalose synthesis (eg, trehalose phosphate synthase or trehalose phosphate phosphatase (WO 97/42326)) or trehalase ( WO 97/50561).

発現ポリヌクレオチド配列は、食品・飼料分野で使用される代謝酵素が可能であるかもしれない。例には、フィターゼ(GenBankアクセション番号A19451)およびセルラーゼが含まれる。   The expressed polynucleotide sequence may be a metabolic enzyme used in the food and feed fields. Examples include phytase (GenBank accession number A19451) and cellulase.

発現ポリヌクレオチド配列は、病原体を直接に攻撃し、これにより、宿主防御を作動させることによって、あるいは、いくつかの代謝産物またはタンパク質の蓄積を引き起こすことによって、ウイルス、真菌、昆虫、線虫および他の病原体ならびに病気に対する抵抗性を与えることができる。例には、グルコシノラート(草食動物からの防御)、寄生虫の細胞壁を破壊するキチナーゼまたはグルカナーゼおよび他の酵素、植物が微生物によって、または、化学的に、例えば、サリチル酸、ジャスモン酸もしくはエチレンによって傷づけられるか、または、攻撃されるときに誘導されるような植物抵抗性およびストレス反応のリボソーム不活性化タンパク質(RIP)および他のタンパク質、あるいは、非植物源に由来するリゾチーム(例えば、T4リゾチーム、または、様々な哺乳動物に由来するリゾチームなど)、殺虫性タンパク質(例えば、バチルス・チューリンギエンシス(Bacillus thuringiensis)エンドトキシンなど)、α−アミラーゼ阻害剤またはプロテアーゼ阻害剤(ササゲのトリプシン阻害剤)、レクチン(例えば、コムギ胚芽アグルチニンなど)、siRNA、アンチセンスRNA、RNAseまたはリボザイムが含まれる。さらなる例が、トリコデルマ・ハルジアヌム(Trichoderma harzianum)のchit42エンドキチナーゼ(GenBankアクセション番号S78423)またはモロコシ(Sorghum bicolor)由来のN−ヒドロキシル化多機能シトクロームP−450(CYP79)タンパク質(GenBankアクセション番号U32624)あるいはそれらの機能的等価体をコードする核酸である。   Expressed polynucleotide sequences directly attack pathogens, thereby activating host defenses or causing the accumulation of some metabolites or proteins, thereby causing viruses, fungi, insects, nematodes and others Can be resistant to pathogens and diseases. Examples include glucosinolate (protection from herbivores), chitinases or glucanases and other enzymes that destroy the cell walls of parasites, plants by microorganisms, or chemically, for example by salicylic acid, jasmonic acid or ethylene Ribosome inactivating protein (RIP) and other proteins of plant resistance and stress responses as induced when injured or attacked, or lysozyme from non-plant sources (eg T4 Lysozyme, or lysozyme from various mammals), insecticidal proteins (eg, Bacillus thuringiensis endotoxin), α-amylase inhibitors or protease inhibitors (cowage trypsin inhibitors) ), Lectins (eg, wheat germ agglutinin), siRNA, antisense RNA, RNAse or ribozymes. Further examples include Trichoderma harzianum chit42 endochitinase (GenBank accession number S78423) or N-hydroxylated multifunctional cytochrome P-450 (CYP79) accession (GenUb24 accession number) from Sorghum bicolor. Or nucleic acids encoding their functional equivalents.

害虫に対する抵抗性、例えば、イネ植物におけるイネ害虫のトビイロウンカ(Nilaparvata lugens)などに対する抵抗性を、スノードロップ(Galanthus nivalis)レクチンのアグルチニンを発現させることによって達成することができる(Rao他、1998、Plant J、15(4):469〜77)。   Resistance to pests, for example resistance to rice pests such as Nilaparvata lugens in rice plants, can be achieved by expressing snowdrop (Galanthus nivariis) lectin agglutinin (Rao et al., 1998, Plant J, 15 (4): 469-77).

合成されたcryIA(b)遺伝子およびcryIA(c)遺伝子(これらは鱗翅目特異的なバチルス・チューリンギエンシスδ−エンドトキシンをコードする)の発現は、様々な植物における昆虫害虫に対する抵抗性をもたらすことができる(Goyal R K他、2000、Crop Protection、19(5):307〜312)。   Expression of the synthesized cryIA (b) and cryIA (c) genes, which encode Lepidoptera-specific Bacillus thuringiensis δ-endotoxin, confers resistance to insect pests in various plants (Goyal RK et al., 2000, Crop Protection, 19 (5): 307-312).

病原体防御のために好適であるさらなる遺伝子は、「ポリガラクツロナーゼ阻害タンパク質」(PGIP)、タウマチン、インベルターゼおよび抗菌性ペプチド(例えば、ラクトフェリンなど)を含む(Lee T J他、2002、J Amer Soc Horticult Sci、127(2):158〜164)。発現ポリヌクレオチド配列は、化学物質の蓄積、例えば、トコフェロール類、トコトリエノール類またはカロテノイド類などの蓄積をもたらすことができる。そのようなポリヌクレオチドの一例がフィトエンデサチュラーゼである。好ましいものが、ナルシスス・プセウドナルシスス(Narcissus pseudonarcissus)フィトエンデサチュラーゼ(GenBankアクセション番号X78815)またはその機能的等価体をコードする核酸である。発現ポリヌクレオチド配列は、栄養補助食品の製造、例えば、脂肪酸エロンガーゼおよび/または脂肪酸デサチュラーゼによるポリ不飽和脂肪酸(アラキドン酸、エイコサペンタエン酸またはドコサヘキサエン酸)の製造のために、または、改善された栄養価を有するタンパク質、例えば、高い含有量の必須アミノ酸を有するタンパク質(例えば、ブラジルナッツの高メチオニン2Sアルブミン遺伝子)などの製造のために使用することができる。好ましいものが、下記のものをコードするポリヌクレオチド配列である:ベルトレチア・エクセルサ(Bertholletia ecelsa)の高メチオニン2Sアルブミン(GenBankアクセション番号AB044391)、フィスコミトレラ・パテンス(Physcomitrella patens)のδ−6−アシル脂質デサチュラーゼ(GenBankアクセション番号AJ222980)、モルチエレラ・アルピナ(Mortierella alpina)のδ−6−デサチュラーゼ(Sakuradani他、1999、Gene、238:445〜453)、カエノルハブジチス・エレガンス(Caenorhabditis elegans)のδ−5−デサチュラーゼ(Michaelson他、1998、FEBS Letters、439:215〜218)、カエノルハブジチス・エレガンスのA5−脂肪酸デサチュラーゼ(des−5)(GenBankアクセション番号AF078796)、モルチエレラ・アルピナのδ−5−デサチュラーゼ(Michaelson他、JBC、273:19055〜19059)、カエノルハブジチス・エレガンスのδ−6−エロンガーゼ(Beaudoin他、2000、PNAS、97:6421〜6426)、フィスコミトレラ・パテンスのδ−6−エロンガーゼ(Zank他、2000、Biochemical Society Transactions、28:654〜657)またはこれらの機能的等価体。   Additional genes that are suitable for pathogen defense include “polygalacturonase inhibitor protein” (PGIP), thaumatin, invertase and antimicrobial peptides such as lactoferrin (Lee T J et al., 2002, J Amer Soc Horticult Sci, 127 (2): 158-164). The expressed polynucleotide sequence can result in accumulation of chemicals, such as accumulation of tocopherols, tocotrienols or carotenoids. An example of such a polynucleotide is phytoene desaturase. Preferred is a nucleic acid encoding Narcissus pseudonarcissus phytoene desaturase (GenBank accession number X78815) or a functional equivalent thereof. The expressed polynucleotide sequence is used for the production of dietary supplements, for example for the production of polyunsaturated fatty acids (arachidonic acid, eicosapentaenoic acid or docosahexaenoic acid) by fatty acid elongases and / or fatty acid desaturases, or improved nutritional value. For example, a protein having a high content of essential amino acids (for example, a high methionine 2S albumin gene of Brazil nut) and the like. Preferred are polynucleotide sequences encoding: Bertholletia ecelsa high methionine 2S albumin (GenBank accession number AB044391), Physicomitrella patens δ-6-6 Acyl lipid desaturase (GenBank Accession No. AJ222980), Mortierella alpina δ-6-desaturase (Sakuradani et al., 1999, Gene, 238: 445-453), Caenorhabditis elegance (Caenorhabditis) δ-5-desaturase (Michaelson et al., 1998, FE S Letters, 439: 215-218), Caenorhabditis elegans A5-fatty acid desaturase (des-5) (GenBank Accession No. AF078796), Mortierella alpina δ-5-desaturase (Michaelson et al., JBC, 273). : 19055-19059), Caenorhabditis elegans δ-6-elongase (Beaudin et al., 2000, PNAS, 97: 6421-6426), Fiscomitrella patens δ-6-elongase (Zank et al., 2000, Biochemical Society Transactions, 28: 654-657) or functional equivalents thereof.

発現ポリヌクレオチド配列は、例えば、Hood E E他(1999、Curr Opin Biotechnol、10(4):382〜60)およびMa J K他(1999、Curr Top Microbiol Immunol、236、275〜92)によって記載されるように、工業目的のための高品質のタンパク質および酵素(例えば、酵素、例えば、リパーゼなど)、または、医薬品としての高品質のタンパク質および酵素(例えば、抗体、血液凝固因子、インターフェロン、リンホカイン、コロニー刺激因子、プラスミノーゲン活性化因子、ホルモンまたはワクチンなど)を製造するために使用することができる。例えば、ニワトリ卵白由来の組換えアビジンおよび細菌のP−グルクロニダーゼ(GUS)をトランスジェニックトウモロコシ植物において大規模で製造することが可能となっている(Hood他、1999、Adv Exp Med Biol、127〜47;総説)。   Expression polynucleotide sequences are described, for example, by Hood EE et al. (1999, Curr Opin Biotechnol, 10 (4): 382-60) and Ma J K et al. (1999, Curr Top Microbiol Immunol, 236, 275-92). High quality proteins and enzymes for industrial purposes (eg enzymes, eg lipases) or pharmaceutical quality proteins and enzymes (eg antibodies, blood clotting factors, interferons, lymphokines, Colony stimulating factors, plasminogen activators, hormones or vaccines etc.) can be used. For example, recombinant avidin from chicken egg white and bacterial P-glucuronidase (GUS) can be produced on a large scale in transgenic corn plants (Hood et al., 1999, Adv Exp Med Biol, 127-47). ; Review).

発現ポリヌクレオチド配列はまた、より少ない貯蔵タンパク質または貯蔵脂質を通常の場合には含む細胞における増大した貯蔵性を、これらの物質の収量を増大させるという目的により得るために使用することができる(例えば、アセチル−CoAカルボキシラーゼ)。好ましいポリヌクレオチド配列が、アルファルファ(Medicago sativa)のアセチル−CoAカルボキシラーゼ(アッカーゼ)(GenBankアクセション番号L25042)またはその機能的等価体をコードするポリヌクレオチド配列である。   Expression polynucleotide sequences can also be used to obtain increased storage in cells that normally contain less storage protein or storage lipid, with the goal of increasing the yield of these substances (eg, Acetyl-CoA carboxylase). A preferred polynucleotide sequence is a polynucleotide sequence that encodes alfalfa (Medicago sativa) acetyl-CoA carboxylase (accase) (GenBank accession number L25042) or a functional equivalent thereof.

発現可能なポリヌクレオチドのさらなる例には、B型肝炎表面抗原(Kumar GBS他、2005、PLANTA、222(3):484〜493)、除草剤抵抗性(Duke S O他、Pest Management Science、61(21):1〜218)、インターフェロン(Edelbaum O他、1992、J.Interferon Res.、12:449〜453)、T7−RNAポリメラーゼ(Zeitoune他、1997、Plant Science、141:59〜65)が含まれる。   Further examples of expressible polynucleotides include hepatitis B surface antigen (Kumar GBS et al., 2005, PLANTA, 222 (3): 484-493), herbicide resistance (Duke SO et al., Pest Management Science, 61 (21): 1-218), interferon (Edelbaum O et al., 1992, J. Interferon Res., 12: 449-453), T7-RNA polymerase (Zeitoune et al., 1997, Plant Science, 141: 59-65). included.

本発明の形質転換された植物において発現させることができるポリヌクレオチド配列のさらなる例が、例えば、Dunwell J M、2000、J Exp Bot、51:487〜96において述べられる。   Additional examples of polynucleotide sequences that can be expressed in the transformed plants of the present invention are described, for example, in Dunwell JM, 2000, J Exp Bot, 51: 487-96.

本発明の教示に従って植物細胞に形質転換される異種DNAはまた、標的遺伝子の転写および/または翻訳を減少させる(抑制する)ために用いることができる。したがって、DNA構築物は、PTGS(転写後遺伝子サイレンシング)効果またはTGS(転写サイレンシング)効果、したがって、内因性遺伝子の発現の減少がその発現によりもたらされる異種DNAを含むことができる。そのような減少を、例えば、抑制されるべき内因性の標的遺伝子との相同性をそれぞれが有するアンチセンスRNAまたは二重鎖RNAの発現によって達成することができる。同様にまた、好適なセンスRNAを発現させることにより、内因性遺伝子の発現における減少を、共抑制として知られている手段によって生じさせることができる(欧州特許出願公開番号0465572号)。特に好ましいものが、二重鎖の小さい干渉RNA(siRNA)を、標的遺伝子の遺伝子発現をRNA干渉(RNAi)により減少させるために発現させることである。個々の標的遺伝子を、二重鎖構造を有するRNAを使用して阻害するための方法(この場合、標的遺伝子と、RNA二重鎖の領域とが、少なくとも部分的な同一性を有する)が、当業者には知られている。   Heterologous DNA transformed into plant cells in accordance with the teachings of the present invention can also be used to reduce (suppress) transcription and / or translation of target genes. Thus, a DNA construct can include heterologous DNA that results from a PTGS (post-transcriptional gene silencing) effect or a TGS (transcription silencing) effect, and thus a decrease in expression of an endogenous gene. Such a reduction can be achieved, for example, by the expression of antisense RNA or double stranded RNA, each having homology to the endogenous target gene to be repressed. Similarly, by expressing a suitable sense RNA, a decrease in the expression of an endogenous gene can be caused by means known as co-suppression (European Patent Application Publication No. 0465572). Particularly preferred is the expression of a small duplex interfering RNA (siRNA) to reduce gene expression of the target gene by RNA interference (RNAi). A method for inhibiting individual target genes using RNA having a duplex structure, in which case the target gene and the region of the RNA duplex have at least partial identity, It is known to those skilled in the art.

下記には、遺伝子発現の減少を、植物種子を本発明の教示に従って適切な異種DNAにより形質転換することによって得ることができる適用のための例が提供される。   Below are provided examples for applications in which reduced gene expression can be obtained by transforming plant seeds with appropriate heterologous DNA in accordance with the teachings of the present invention.

遅れた果実成熟化、あるいは、改変された成熟化表現型(長期の成熟化、より遅い老化)を、例えば、ポリガラクツロナーゼ、ペクチンエステラーゼ、β−1,4−グルカナーゼ(セルラーゼ)、β−ガラクタナーゼ(β−ガラクトシダーゼ)からなる群から選択される遺伝子、または、エチレン生合成の遺伝子(例えば、1−アミノシクロプロパン−1−カルボン酸シンターゼ、アデノシルメチオニンヒドロラーゼ(SAMase)、アミノシクロプロパン−1−カルボン酸デアミナーゼ、アミノシクロプロパン−1−カルボン酸オキシダーゼなど)、カロテノイド生合成の遺伝子、例えば、プレフィトエン生合成またはフィトエン生合成の遺伝子(例えば、フィトエンデサチュラーゼ)など、および、O−メチルトランスフェラーゼ、アシルキャリアタンパク質(ACP)、伸長因子、オーキシン誘導遺伝子、システイン(チオール)プロテイナーゼ、デンプンホスホリラーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、カルコンレダクターゼ、プロテインキナーゼ、オーキシン関連遺伝子、スクロース輸送体、分裂組織パターン遺伝子の遺伝子発現を減少させることによって達成することができる。さらなる好都合な遺伝子が、例えば、国際(PCT)特許出願公開番号WO91/16440、同WO91/05865、同WO91/16426、同WO92/17596、同WO93/07275または同WO92/04456に記載される。特に好ましいことが、ポリガラクツロナーゼの発現を植物および果実(例えば、トマト)の細胞分解および粥状状態の防止のために減少させることである。トマトのポリガラクツロナーゼ遺伝子(GenBankアクセション番号x14074)またはそのホモログの核酸配列などの核酸配列を好ましくは、この目的のために使用することができる。   Delayed fruit ripening or modified ripening phenotypes (long-term ripening, slower aging) can be achieved, for example, polygalacturonase, pectinesterase, β-1,4-glucanase (cellulase), β- A gene selected from the group consisting of galactanase (β-galactosidase), or a gene for ethylene biosynthesis (eg 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase, adenosylmethionine hydrolase (SAMase), aminocyclopropane- 1-carboxylate deaminase, aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase, etc.), genes for carotenoid biosynthesis, such as genes for prephytoene biosynthesis or phytoene biosynthesis (eg phytoene desaturase), and O-methyltransferase , Reed Decrease gene expression of carrier protein (ACP), elongation factor, auxin-inducible gene, cysteine (thiol) proteinase, starch phosphorylase, pyruvate decarboxylase, chalcone reductase, protein kinase, auxin-related gene, sucrose transporter, meristem pattern gene Can be achieved. Further advantageous genes are described, for example, in International (PCT) Patent Application Publication Nos. WO 91/16440, WO 91/05865, WO 91/16426, WO 92/17596, WO 93/07275 or WO 92/04456. Particular preference is given to reducing the expression of polygalacturonase in order to prevent plant and fruit (eg tomato) cell degradation and cocoon-like conditions. Nucleic acid sequences such as the tomato polygalacturonase gene (GenBank Accession No. x14074) or its homologous nucleic acid sequence can preferably be used for this purpose.

貯蔵タンパク質をコードする遺伝子の遺伝子発現の減少は数多くの利点を有する:例えば、アレルゲンの潜在的可能性を低下させること、あるいは、他の代謝産物の組成または量(例えば、オイルまたはデンプンの含有量など)に関する改変など。   Reduction of gene expression of genes encoding storage proteins has a number of advantages: for example, reducing the potential of allergens, or the composition or amount of other metabolites (eg oil or starch content) Etc.).

植物病原生物(例えば、クモ類、真菌、昆虫、線虫、原生動物、ウイルス、細菌など)および病気に対する抵抗性を、特定の病原生物の成長、生存、いくつかの発達段階(例えば、蛹化)または繁殖のために不可欠である遺伝子の遺伝子発現を減少させることによって達成することができる。そのような減少は、上記段階の完全な阻害、または、そうでなければ、上記段階の遅れをもたらすことができる。それらは、例えば、病原生物の浸入を可能にする植物遺伝子の形態を取ることができるが、同様にまた、相同的な病原生物遺伝子であってもよい。形質転換され、発現した異種核酸配列(例えば、二重鎖RNA)は、病原生物の生活環が中断されるように病原生物に対して向けられる。   Resistance to phytopathogenic organisms (eg spiders, fungi, insects, nematodes, protozoa, viruses, bacteria, etc.) and disease, growth of certain pathogenic organisms, survival, several developmental stages (eg hatching) ) Or by reducing gene expression of genes that are essential for reproduction. Such a reduction can result in complete inhibition of the above steps, or else a delay in the above steps. They can take the form of, for example, plant genes that allow the invasion of pathogenic organisms, but can also be homologous pathogenic organism genes. The transformed and expressed heterologous nucleic acid sequence (eg, double stranded RNA) is directed against the pathogenic organism so that the life cycle of the pathogenic organism is disrupted.

ウイルス抵抗性を、例えば、ウイルスコートタンパク質、ウイルスレプリカーゼおよびウイルスプロテアーゼなどの発現を減少させることによって達成することができる。非常に多数の植物ウイルスおよび好適な標的遺伝子が当業者には知られている。   Viral resistance can be achieved, for example, by reducing the expression of viral coat proteins, viral replicases and viral proteases. A large number of plant viruses and suitable target genes are known to those skilled in the art.

所望されないアレルゲン性植物成分または毒性植物成分(例えば、グルコシノラートまたはパタチンなど)の減少。好適な標的遺伝子が、(とりわけ、WO97/16559に)記載される。アレルゲン性タンパク質の減少のために好まれる標的遺伝子が、例えば、Tada Y他(1996)、FEBS Lett、391(3):341〜345、または、Nakamura R(1996)、Biosci Biotechnol Biochem、60(8):1215〜1221によって記載される。   Reduction of undesired allergenic or toxic plant components such as glucosinolate or patatin. Suitable target genes are described (among others in WO 97/16559). Preferred target genes for allergenic protein reduction are, for example, Tada Y et al. (1996), FEBS Lett, 391 (3): 341-345, or Nakamura R (1996), Biosci Biotechnol Biochem, 60 (8 ): 1215-1221.

老化の遅れた徴候。好適な標的遺伝子が、とりわけ、シンナモイル−CoA:NADPHレダクターゼまたはシンナモイルアルコールデヒドロゲナーゼである。さらなる標的遺伝子が、(とりわけ、WO95/07993に)記載される。   Delayed signs of aging. Suitable target genes are inter alia cinnamoyl-CoA: NADPH reductase or cinnamoyl alcohol dehydrogenase. Additional target genes are described (among others in WO95 / 07993).

トレオニン生合成を減少させることによる、例えば、トレオニンシンターゼの発現を減少させることによるメチオニン含有量の増大(Zeh M他、2001、Plant Physiol、127(3):92−802)。   Increasing methionine content by decreasing threonine biosynthesis, for example, by reducing expression of threonine synthase (Zeh M et al., 2001, Plant Physiol, 127 (3): 92-802).

植物種子は、有性受精から生じる接合体胚、または、無性生殖的な種子再生産(無配偶生殖)による接合体胚、子葉、胚乳または大配偶体と呼ばれる構造体における養分の貯蔵予備物、ならびに、貯蔵予備物および胚を取り囲む保護種皮から一般にはなる、必要物をすべて含有する完全な再生産可能な単位である。自然界では、植物種子の成熟化には通常、水が5%〜35%の間の水分含有量のレベルにまで時間をかけて徐々に失われることが付随する。これらの低い水分レベルが達成されると、植物種子は長期間にわたって貯蔵することができる。   Plant seeds are storage reserves of nutrients in zygote embryos resulting from sexual fertilization, or in structures called zygote embryos, cotyledons, endosperm or macrogametes due to asexual reproductive seed reproduction (no mating reproduction) As well as a complete reproducible unit containing all necessary items, generally consisting of storage reserves and protective seed coats surrounding the embryo. In nature, plant seed maturation is usually accompanied by the gradual loss of water over time to levels of water content between 5% and 35%. Once these low moisture levels are achieved, plant seeds can be stored for long periods of time.

有性接合体の植物種子および無配偶生殖の植物種子の発芽は一般には、1つまたは複数の環境的合図(例えば、水、酸素、最適な温度または低温/高温処理の存在、および、光への暴露およびその持続期間など)によって誘発される。種子は、休眠している乾燥種子による水の取込み(吸水膨潤)により始まり、その後、続いて、胚がその軸に沿って伸長すること、ならびに、子孫の発達を最終的にはもたらす様々な生物物理的、生化学的および生理学的な事象を介して進行する一連の事象によって発芽する。   Germination of sexually zygotic and non-gametogenic plant seeds generally involves one or more environmental cues (eg, the presence of water, oxygen, optimal temperature or cold / hot treatment, and light) And its duration). Seeds begin with the uptake of water by dormant dry seeds (water-absorbing swelling), followed by various organisms that eventually lead to the elongation of the embryo along its axis as well as the development of offspring Germinate by a series of events that proceed through physical, biochemical and physiological events.

種子発芽の連続したプロセスは3つの段階に分けることができる。第1段階は吸水膨潤と呼ばれ、種子内への水の急速な最初の取込みによって特徴づけられる。第1段階で生じる他の重要な事象が、種子の乾燥化および/または成熟化プロセスの期間中に生じていたかもしれない損傷した核DNAおよびミトコンドリアDNAの修復が開始され、それに続いて、存在するmRNAによって促進されるタンパク質合成が開始されることである。   The continuous process of seed germination can be divided into three stages. The first stage is called water absorption swelling and is characterized by a rapid initial uptake of water into the seed. Another important event that occurs in the first stage is the initiation, followed by the repair of damaged nuclear and mitochondrial DNA that may have occurred during the seed drying and / or maturation process. The protein synthesis promoted by mRNA is initiated.

第2段階が、水取込み速度における著しい低下によって特徴づけられる(すなわち、吸水膨潤が完了した)。これには、胚および子葉または大配偶体における炭水化物、タンパク質および脂質の複合貯蔵予備物を加水分解することを専門とする酵素の活性化またはデノボ合成が付随する。これらの複合貯蔵予備物の加水分解により、種子胚の呼吸および成長のために要求される物質が提供される。   The second stage is characterized by a significant decrease in the water uptake rate (i.e. the water absorption swell has been completed). This is accompanied by activation or de novo synthesis of enzymes that are specialized to hydrolyze complex storage reserves of carbohydrates, proteins and lipids in embryos and cotyledons or macrogametes. Hydrolysis of these composite storage reserves provides the materials required for seed embryo respiration and growth.

第3段階が、水取込み速度における第2の急速な増大によって特徴づけられる。第3段階の期間中に吸収される水は、根および胚の茎頂における分裂組織の細胞分裂を開始させるために、また、胚の軸に沿った細胞内への取込みのために主として使用される。胚の軸細胞によって取り込まれる水は、軸細胞の伸長を生じさせる膨圧を加える。その正味の効果が、胚が種皮を突き抜けて発根点にまで伸長することである。シュートまたは根(幼根)が種皮を突き出ることにより、発芽の完了ならびに実生苗の生長および発達の開始が意味される。   The third stage is characterized by a second rapid increase in water uptake rate. The water absorbed during the third phase is mainly used to initiate cell division of meristems at the roots and embryonic shoot apex, and for uptake into cells along the embryo axis. The Water taken up by embryonic axial cells exerts turgor pressure that causes axial cell elongation. The net effect is that the embryo extends through the seed coat to the root point. The shoot or root (young root) sticking out the seed coat means the completion of germination and the start of seedling growth and development.

種子の発芽についての速度および成功は、様々な要因に依存して、例えば、種子が発達し、成熟化した環状条件の残留影響、種子成熟化プロセスの期間中に合成された貯蔵予備物化合物の量、貯蔵の継続期間、貯蔵環境の質(例えば、温度および湿度)、ならびに、発芽プロセスの期間中に支配的である環境条件などに依存して相当に変化する。商業的観点からは、発芽不良の危険性を減らし、かつ、種子が迅速かつ均一に発根および発芽することを保証することが望ましい。   The rate and success for seed germination depends on various factors, for example, the residual effects of circular conditions in which the seed has developed and matured, the storage reserve compound synthesized during the seed maturation process It varies considerably depending on the quantity, the duration of storage, the quality of the storage environment (eg temperature and humidity), and the environmental conditions that dominate during the germination process. From a commercial point of view, it is desirable to reduce the risk of poor germination and to ensure that the seeds root and germinate quickly and uniformly.

最適な種子発芽成績のための商業的要求は、接合体種子についてこの分野では「種子プライミング」として知られているプロセスの開発に至っている。この用語は、発芽の初期事象を開始させるには十分であるが、幼根の突出を可能にするには十分でない水の限定された取込み(好ましくは、その後に乾燥が続く)として定義されることがある。いくつかの原理技術が、種子プライミングを達成するために商業的に使用される。使用される特定の方法にかかわらず、種子プライミングの基本的原理は、(1)発芽の準備段階が、種子に対する水の利用能を制御することを介して特異的かつ排他的に活性化されること、および、(2)続いて、外部プライミングプロセスを介して開始される発芽プロセスが乾燥工程または部分的乾燥工程によって停止されることである。   Commercial demands for optimal seed germination performance have led to the development of a process known in the art as “seed priming” for zygote seeds. This term is defined as a limited uptake of water (preferably followed by drying) that is sufficient to initiate an early event of germination but not enough to allow larval protrusion. Sometimes. Several principle techniques are used commercially to achieve seed priming. Regardless of the specific method used, the basic principle of seed priming is that (1) the germination preparatory stage is activated specifically and exclusively through controlling the water availability to the seed And (2) subsequently, the germination process initiated via the external priming process is stopped by a drying step or a partial drying step.

予想外にも、本発明は今回、ウイルス型DNA構築物を種子プライミング媒体に含むことにより、種子によるDNAの取込みが、DNAが種子細胞の中に入るようにもたらされることを示す。何らかの特定の理論または作用機構によってとらわれることを望まないが、この現象は、種子細胞への異種DNAの導入を可能にするウイルスエレメントに起因すると考えられ得る。   Unexpectedly, the present invention now shows that inclusion of a viral DNA construct in the seed priming medium results in DNA uptake by the seed such that the DNA enters the seed cells. While not wishing to be bound by any particular theory or mechanism of action, this phenomenon can be attributed to viral elements that allow the introduction of heterologous DNA into seed cells.

当業者には知られているような種子プライミングのためのどのような方法も、本発明の教示に従って使用することができる。プライミングを、制御された水取込みのための技術のいずれかを使用して、すなわち、例えば、Taylor A G他(1998、Seed Science Technology、8:245〜256)に記載されるように、溶液(無機、例えば、塩/養分、または、有機、例えば、PEG)を用いたプライミング、または、固体粒状システムを用いたプライミング、または、水との制御された水和によるプライミングを使用して、様々な温度および通気(例えば、撹拌、かき混ぜ、バブリングなど)のもとで行うことができる。   Any method for seed priming as known to those skilled in the art can be used in accordance with the teachings of the present invention. Priming may be performed using any of the techniques for controlled water uptake, ie, as described, for example, in Taylor A G et al. (1998, Seed Science Technology, 8: 245-256). Various using priming with inorganic, e.g. salt / nutrient or organic, e.g. PEG, or priming with solid particulate system or controlled hydration with water This can be done under temperature and aeration (eg, stirring, stirring, bubbling, etc.).

プライミング用マトリックスが、その効果的な浸透圧ポテンシャルによって特徴づけられる。効果的な浸透圧ポテンシャルは典型的には、種子の吸水膨潤のために利用可能な水分ポテンシャルを低下させ、これにより、限定された量の水が、幼根が実際に突き出ることがない発芽の初期段階のためには十分であるレベルにまで種子内に移動すること、すなわち、種子をプライミング処理することを可能にするか、または生じさせる。種子に利用可能な水が、生理学的発達のために十分なポテンシャル(これは植物種間で変化する)に達するときにだけ、種子の発芽が生じる。典型的には、この値は、0〜2mPaの間に含まれる。適切な浸透圧ポテンシャルを提供する多くのプライミング用マトリックスが、水、1つまたは複数の溶質を伴う水および固体マトリックスなどを含めて、使用され続けている。例えば、プライミング用マトリックスは、有機性の浸透圧物質の通気された溶液(例えば、ポリエチレングリコール(PEG)(米国特許第5119598号を参照のこと)、グリセロール、マンニトールなど)、または、無機塩(または塩の組合せ)の通気された溶液(例えば、リン酸カリウムおよび硝酸カリウムなど)を含むことができる。代替において、種子は、固体マトリックスを使用してプライミング処理することができる。固体マトリックス材料は、種子が吸水膨潤することを可能にするために、大きい水保持能を有しなければならない。この方法では、プライミング用マトリックスは、水を吸収し、その後、その水を種子に移すための吸収材媒体(例えば、粘土、バーミキュライト、パーライト、おがくず、トウモロコシ穂軸および/またはピートなど)を含むことができる(例えば、米国特許第4912874号を参照のこと)。水和度が、媒体の水分含有量および媒体/種子の比率を変化させることによって制御される。様々な方法がまた、種子をPEG6000およびバーミキュライトのスラリーにおいて、または、他のマトリックスにおいて吸水膨潤させるために知られている(例えば、米国特許第5628144号)。さらに他の方法において、プライミングでは、所与の浸透圧によって特徴づけられる溶液から種子への水の移動を媒介する半透過性膜が用いられる(例えば、米国特許第5873197号)。他の方法において、超音波エネルギーを、プライミングプロセスを助けるために使用することができる(例えば、米国特許第6453609号)。場合により、様々な添加物、化学物質および/または化合物をプライミング用マトリックスに含むことができ、これらには、界面活性剤、選択剤、殺真菌剤、浸透圧ポテンシャルを改変するための薬剤、浸透圧保護剤、乾燥を助けるか、もしくは、種子を乾燥期間中に保護するための薬剤、種子の処理を高めるための薬剤、貯蔵寿命を延ばすための薬剤、被覆および/または灌流を高めるための薬剤、種子の発芽を高めるための薬剤などが含まれる。殺真菌剤をプライミング用マトリックスに含むことができる(例えば、チラム、キャプタン、メタラキシル、ペンタクロロニトロベンゼン、フェナミノスルフ、殺菌剤または他の保存剤)。加えて、様々な成長調節剤またはホルモン、例えば、ジベレリンまたはジベレリン酸、サイトカイニン、アブシジン酸の阻害剤、2−(3,4−ジクロロフェノキシ)トリエチルアミン(DCPTA)、硝酸カリウムおよびエテホンなどもまた、プライミング用マトリックスに存在させることができる。場合により使用される他の薬剤には、グリセロール、ポリエチレングリコール、マンニトール、DMSO、Triton X−100、Tween−20、NP−40、イオン性化合物、非イオン性化合物、界面活性剤および清浄剤などが含まれる。プライミング処理された種子を製造するために充分な時間は、発芽前の代謝プロセスが、幼根発根の直前のレベルを含めて、どのようなレベルにまででも種子内で行われることを可能にする。プライミング処理された種子を製造するための時間は、特定の種子品種、その状態または条件、ならびに、プライミング用マトリックスの水分ポテンシャルに依存している。所与の種子タイプについての典型的な水分量および媒体水分ポテンシャルは既に、いくつかの種子については一般に知られているが、新しい種子の少量サンプルを浸透圧ポテンシャルおよび温度の容易に決定された範囲にわたって試験して、温度、水分ポテンシャルおよび時間のどのような条件が種子の適切な吸水膨潤および得られる発芽前事象をもたらすかを決定することが、しばしば最良である。プライミング方法が行われる温度は、処理すべき種子とともに変化し得るが、典型的には18℃〜30℃の間である。プライミング処理された種子は、幼根発根によって示されるような発芽の間中、プライミング用マトリックスにおいて保持することができる。この方法によって製造される種子は、(例えば、米国特許第4905411号の場合のように)さらに乾燥することができる。   The priming matrix is characterized by its effective osmotic potential. An effective osmotic potential typically reduces the water potential available for seed swell, which allows a limited amount of water to germinate without the juvenile roots actually protruding. Allowing or causing the seed to migrate to a level that is sufficient for the initial stage, i.e. to prime the seed. Seed germination occurs only when the water available to the seed reaches a potential sufficient for physiological development, which varies between plant species. Typically this value is comprised between 0 and 2 mPa. Many priming matrices that provide adequate osmotic potential continue to be used, including water, water with one or more solutes, and solid matrices. For example, the priming matrix can be an aerated solution of an organic osmotic material (eg, polyethylene glycol (PEG) (see US Pat. No. 5,119,598), glycerol, mannitol, etc.), or an inorganic salt (or An aerated solution of a combination of salts (eg, potassium phosphate and potassium nitrate, etc.). Alternatively, the seed can be primed using a solid matrix. The solid matrix material must have a large water holding capacity to allow the seeds to swell and absorb water. In this method, the priming matrix includes an absorbent medium (eg, clay, vermiculite, perlite, sawdust, corn cob and / or peat, etc.) for absorbing water and then transferring the water to the seed. (See, eg, US Pat. No. 4,912,874). The degree of hydration is controlled by changing the moisture content of the medium and the medium / seed ratio. Various methods are also known for water imbibing seeds in PEG6000 and vermiculite slurries, or in other matrices (eg, US Pat. No. 5,628,144). In yet another method, priming uses a semi-permeable membrane that mediates water transfer from solution to seed characterized by a given osmotic pressure (eg, US Pat. No. 5,873,197). In other methods, ultrasonic energy can be used to aid the priming process (eg, US Pat. No. 6,453,609). Optionally, various additives, chemicals and / or compounds can be included in the priming matrix, including surfactants, selective agents, fungicides, agents to modify osmotic potential, osmosis Pressure protectants, agents to aid drying or protect seeds during the drying period, agents to enhance seed processing, agents to extend shelf life, agents to increase coating and / or perfusion Included are drugs to increase seed germination. A fungicide can be included in the priming matrix (eg, thiram, captan, metalaxyl, pentachloronitrobenzene, phenaminosulfur, fungicide or other preservative). In addition, various growth regulators or hormones such as gibberellin or gibberellic acid, cytokinin, inhibitors of abscisic acid, 2- (3,4-dichlorophenoxy) triethylamine (DCPTA), potassium nitrate and ethephon are also used for priming It can be present in the matrix. Other drugs optionally used include glycerol, polyethylene glycol, mannitol, DMSO, Triton X-100, Tween-20, NP-40, ionic compounds, non-ionic compounds, surfactants and detergents, etc. included. Sufficient time to produce primed seed allows the pre-emergence metabolic process to take place in the seed to any level, including the level immediately before rooting To do. The time to produce the primed seed depends on the particular seed variety, its state or condition, and the moisture potential of the priming matrix. Typical moisture and medium moisture potentials for a given seed type are already generally known for some seeds, but a small sample of new seeds can be easily determined for osmotic potential and temperature. It is often best to determine what conditions of temperature, moisture potential and time result in proper water uptake of the seed and the resulting pre-emergence event. The temperature at which the priming process is performed can vary with the seed to be treated, but is typically between 18 ° C and 30 ° C. The primed seed can be retained in the priming matrix throughout germination as indicated by radicle rooting. Seeds produced by this method can be further dried (eg, as in US Pat. No. 4,905,411).

種子がプライミングされているかを明らかにするための方法がこの分野では知られている。例えば、プライミングの最適化を、発芽アッセイを行うことによって行うことができる(例えば、Jeller H他、2003、Braz J Biol、63:61〜68を参照のこと)。加えて、発芽および/またはプライミングの分子マーカーが知られている。例えば、Job他、2000、Seed Biology:Advances and Applications(Black他編、CABI International、Wallingford、UK)、449頁〜459頁;De Castro R D他、2000、Plant Physiol、122:327〜336;Bradford他、2000、Seed Biology:Advances and Applications(Black他編、CABI International、Wallingford、UK)、221頁〜251頁;および、Gallardo K他、2001、Plant Physiol、126:835〜848を参照のこと。   Methods are known in the art to determine if seeds are primed. For example, optimization of priming can be performed by performing a germination assay (see, eg, Jeller H et al., 2003, Braz J Biol, 63: 61-68). In addition, molecular markers of germination and / or priming are known. For example, Job et al., 2000, Seed Biology: Advances and Applications (Black et al., CABI International, Wallingford, UK), pages 449-459; De Castro RD et al., 2000, Plant Physiol, 122: 3B; See, 2000, Seed Biology: Advances and Applications (Black et al., CABI International, Wallingford, UK), 221-251; and Gallardo K, et al., 2001, Plant Physiol, 126: 835-8.

プライミング後、種子は発芽させてもよく、または、プライミング処理された種子を乾燥させることができる。乾燥プロセスのための適切な条件(温度、相対湿度および時間)は、種子に依存して変化し、経験的に決定することができる(例えば、Jeller他(2003、上掲)を参照のこと)。プライミング処理された種子を乾燥することは、種子の表層乾燥、または、代替では、種子を乾燥してその元の水分含有量にまで戻すことを含む。乾燥された種子は直ちに発芽させることができ、または、適切な条件のもとで貯蔵することができる。様々な種子についての発芽条件が知られている。適切な発芽条件を決定することにおける1つの要因が、発芽温度の閾値範囲であり、これは生物種についての温度範囲であり、その範囲内において、その生物種の種子が、所定の湿度レベルで、かつ、十分な酸素により発芽する。別の要因が発芽湿度の閾値範囲であり、これは生物種についての湿度範囲であり、その範囲内において、その生物種の種子が、所定の温度で、かつ、十分な酸素により発芽する。これらの条件を任意の所与の種子および品種について経験的に決定するための方法が知られているように、発芽温度の閾値範囲および/または発芽湿度の閾値範囲の値が様々な種子について知られている。   After priming, the seeds can be germinated or the primed seeds can be dried. Appropriate conditions for the drying process (temperature, relative humidity and time) vary depending on the seed and can be determined empirically (see, eg, Jeller et al. (2003, supra). . Drying the primed seed includes surface drying of the seed or, alternatively, drying the seed back to its original moisture content. The dried seed can be germinated immediately or stored under appropriate conditions. Germination conditions for various seeds are known. One factor in determining the appropriate germination conditions is the germination temperature threshold range, which is the temperature range for a species within which the seed of that species is at a given humidity level. And germinate with sufficient oxygen. Another factor is the germination humidity threshold range, which is the humidity range for a species within which the seed of that species germinates at a given temperature and with sufficient oxygen. As methods for empirically determining these conditions for any given seed and variety are known, germination temperature threshold ranges and / or germination humidity threshold ranges are known for various seeds. It has been.

本発明の方法により、植物細胞への異種遺伝子(1つまたは複数)の導入、目的とする植物の作製、選抜および繁殖のために要求される時間が大幅に削減される。培養における組織分化によって引き起こされるソマクローナル変化に対する潜在的可能性がなくなる。ジェミニウイルス型構築物が使用されるとき、植物は、良性微生物に感染したどの細胞も含有するように外来DNAを含有し、それにもかかわらず、処理された植物は遺伝子改変されていない。本発明の方法は、所望される形質を制御する遺伝子が知られている限り、どのような所望される植物品種においてでも目的とする遺伝子(1つまたは複数)の発現を容易にするので、育種の時間および費用を劇的に削減することができ、したがって、必要とされる形質(例えば、生物的/非生物的なストレス条件に対する抵抗性/耐性など)を加えることができ、また、収量および特性を任意の所与の環境および市場のために改善することができる。同様に、本発明の教示に従って導入される異種DNAは、特定のプロセス(1つまたは複数)のサイレンシングを、そのように要求されるときには生じさせることができる(例えば、トマト果実における青物の開発がイタリアでは所望されるが、合衆国では受け入れられない)。   The method of the present invention significantly reduces the time required for introduction of heterologous gene (s) into plant cells, production of target plants, selection and propagation. The potential for somaclonal changes caused by tissue differentiation in culture is eliminated. When a geminivirus-type construct is used, the plant contains foreign DNA to contain any cell infected with benign microorganisms, yet the treated plant is not genetically modified. The method of the present invention facilitates the expression of the gene (s) of interest in any desired plant variety so long as the gene controlling the desired trait is known, so breeding Time and cost can be drastically reduced, thus required traits (eg resistance / resistance to biological / abiotic stress conditions, etc.) can be added, and yield and Properties can be improved for any given environment and market. Similarly, heterologous DNA introduced in accordance with the teachings of the present invention can cause silencing of a particular process (s) when so required (eg, development of greens in tomato fruits) Is desirable in Italy but not accepted in the United States).

下記の実施例は、本発明のいくつかの実施形態をより十分に例示するために示される。しかしながら、下記の実施例は、本発明の広い範囲を限定するものとして決して解釈してはならない。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書中に開示される原理の多くの変化および改変を容易に考案することができる。   The following examples are presented in order to more fully illustrate some embodiments of the invention. However, the following examples should in no way be construed as limiting the broad scope of the invention. One skilled in the art can readily devise many variations and modifications of the principles disclosed herein without departing from the scope of the invention.

実施例1:外来DNAを含まないプライミング媒体を使用するプライミング
ポリエチレングルコール(PEG)の存在下におけるトマト種子のプライミングをいくつかの改変とともに以前の記載の通りに行った(Khan,A A他、1992、Horticultural Reviews、第14巻(J.Janick編、New York:John Wiley)、131頁〜181頁;Taylor G他、1998、Seed Science Technology、8:245〜256)。
Example 1: Priming using priming medium without foreign DNA Priming of tomato seeds in the presence of polyethylene glycol (PEG) was performed as previously described with some modifications (Khan, A A et al., 1992, Horticultural Reviews, Volume 14 (ed., J. Janick, New York: John Wiley), pages 131-181; Taylor G et al., 1998, Seed Science Technology, 8: 245-256).

1回あたり50個のトマト種子を、下記から構成される溶液において吸水膨潤させた:0.1MのCa(NO、0.1MのMES(4−モルホリンエタンスルホン酸)、15mMのMgCl、および、PEG8000の25%(溶液T2)または20%(溶液T3)。溶液T2および溶液T3の浸透圧はそれぞれ、約1.25mPaおよび約1.2mPaであった。同じ栽培品種の非処理の乾燥種子(同じ種子ロット)をコントロールとして使用した。処理を1日あたり12時間の照明法とともに20℃の一定温度のもとで行い、適切な通気を得るために4日間または6日間穏やかに撹拌した。その後、種子を、3mlの滅菌水が補われた3Mろ紙に置き、発芽率を毎日記録した。データ(図1)は、コントロールとの比較で、プライミング処理された種子の発芽均一性における著しい増大を明らかにする(成功したプライミング)。 50 tomato seeds per time were swollen with water in a solution composed of: 0.1 M Ca (NO 3 ) 2 , 0.1 M MES (4-morpholine ethanesulfonic acid), 15 mM MgCl 2 and 25% (solution T2) or 20% (solution T3) of PEG 8000. The osmotic pressures of solution T2 and solution T3 were about 1.25 mPa and about 1.2 mPa, respectively. Untreated dry seeds (same seed lot) of the same cultivar were used as controls. The treatment was performed at a constant temperature of 20 ° C. with 12 hours of illumination per day and gently stirred for 4 or 6 days to obtain proper aeration. The seeds were then placed on 3M filter paper supplemented with 3 ml of sterile water and the germination rate was recorded daily. The data (FIG. 1) reveals a significant increase in germination uniformity of primed seeds compared to controls (successful priming).

実施例2:プライミング媒体を使用することによる種子へのIL−60構築物の導入
トマト種子を、25%のPEGを含有するプライミング溶液によりプライミング処理し、IL−60−BS(配列番号2)およびpIR−GUS(配列番号8)のDNA構築物のそれぞれの20μg、40μgおよび60μgの存在下、上記の実施例1に記載されるように発芽させた。構築物が図2Aおよび図2Bにそれぞれ例示される。構築物はまた、国際(PCT)特許出願公開番号WO2007/141790(これは参照によって本明細書中に組み込まれる)に記載される。未処理の乾燥種子、および、同じ条件で、しかし、DNA構築物を伴うことなくプライミング処理された種子がコントロールとして役立った。
Example 2: Introduction of IL-60 construct into seeds by using priming medium Tomato seeds were primed with a priming solution containing 25% PEG, IL-60-BS (SEQ ID NO: 2) and pIR -Germination as described in Example 1 above, in the presence of 20 μg, 40 μg and 60 μg of each of the DNA constructs of GUS (SEQ ID NO: 8). The construct is illustrated in FIGS. 2A and 2B, respectively. The construct is also described in International (PCT) Patent Application Publication Number WO2007 / 141790, which is incorporated herein by reference. Untreated dry seeds and seeds primed under the same conditions but without DNA construct served as controls.

発芽後6日で、実生苗を、10リットルの土壌を含有するポットに移植し、25℃の温室に入れた。植え付け後21日で、DNAを本葉(第3本葉またはそれよりも上)から抽出し、GUSアッセイのための下記のプライマーを用いたPCRに供した:
pIR−GUSのDNA構築物の中に存在するgus遺伝子全体を増幅するために設計されるフォワードプライマー:ATTGATCAGCGTTGGTGGGA(配列番号6)およびリバースプライマー:TGCGGTCGCGAGTGAAGATC(配列番号7)。陽性のPCR反応により、GUSのDNA配列が本葉に存在することが確認された。これらの結果は、IL−60型ベクターのDNA構築物が、上記のプライミング手順を使用して種子細胞に導入されたことを示す。導入されたDNAが複製し、拡がり、植物系全体を通して発現された。そのようなアッセイの結果の一例が図3に示される。
Six days after germination, seedlings were transplanted into pots containing 10 liters of soil and placed in a 25 ° C. greenhouse. At 21 days after planting, DNA was extracted from the true leaf (third true leaf or above) and subjected to PCR using the following primers for the GUS assay:
Forward primer: ATTGATCAGCGTTGGTGGGA (SEQ ID NO: 6) and reverse primer: TGCGGTCGCGGATGGAAGATC (SEQ ID NO: 7) designed to amplify the entire gus gene present in the DNA construct of pIR-GUS. A positive PCR reaction confirmed that the GUS DNA sequence was present in the true leaf. These results indicate that the DNA construct of IL-60 type vector was introduced into seed cells using the priming procedure described above. The introduced DNA replicated, spread, and expressed throughout the plant system. An example of the results of such an assay is shown in FIG.

実施例3:外来遺伝子の発現
上記の実施例2において詳述されるようなIL−60ファミリーのDNA構築物(pIR−GUSとの組合せでのIL−60−BS)は、pIR−GUSのDNA構築物の中に存在し、プライミングにより導入された外来gus遺伝子の発現を容易にした。
Example 3: Expression of foreign genes The IL-60 family DNA construct (IL-60-BS in combination with pIR-GUS) as detailed in Example 2 above is the pIR-GUS DNA construct. And facilitated the expression of foreign gus genes introduced by priming.

上記の実施例2で記載されるように得られた植物から得られるトマト葉を、Jefferson R A他(1987、EMBO J、6:3901〜3907)に従ってβ−グルクロニダーゼ(GUS)について染色した。   Tomato leaves obtained from plants obtained as described in Example 2 above were stained for β-glucuronidase (GUS) according to Jefferson RA et al. (1987, EMBO J, 6: 3901-3907).

葉組織の青色の染色はGUSタンパク質の発現を明瞭に示す(図4A〜図4B)。   Blue staining of leaf tissue clearly shows GUS protein expression (FIGS. 4A-4B).

実施例4:改変されたプライミング条件のもとでのIL−60ベクターからの特定のDNAの発現
プライミングを、約0.131mPa(1.296Atm.、Christopher他、Macromolecules、2003、36:6888〜6893に従って)の最終的な浸透圧ポテンシャルを得るように、5%のPEGと、75%ジメチルスルホキシド(DMSO)の添加とを含有する基本的なプライミング溶液を用いて実施例2の場合のように行った。この改変されたプライミング溶液において、IR−GUS DNAが導入され、上記の実施例2および実施例3で記載されるようなGUS発現によって示されるように複製された。
Example 4: Expression of specific DNA from IL-60 vector under modified priming conditions Priming was performed at approximately 0.131 mPa (1.296 Atm., Christopher et al., Macromolecules, 2003, 36: 6888-6893. As in Example 2 using a basic priming solution containing 5% PEG and 75% dimethyl sulfoxide (DMSO) addition to obtain a final osmotic potential of It was. In this modified priming solution, IR-GUS DNA was introduced and replicated as shown by GUS expression as described in Examples 2 and 3 above.

これらの具体的実施形態の前記記載は本発明の一般的性質を十分に明らかにするので、当業者は、現在の知識を適用することによって、そのような具体的実施形態を、過度な実験を行うことなく、また、包括的概念から逸脱することなく、様々な適用のために容易に改変および/または適合化することができ、したがって、そのような適合化および改変は、開示された実施形態の均等物の趣旨および範囲の中で理解されなければならず、また、そのような範囲の中で理解されることが意図される。本明細書中で用いられる表現および用語は記述のためであって、限定のためではないことを理解しなければならない。様々な開示された機能を行うための手段、材料および工程は、本発明から逸脱することなく、様々な代替形態を取ることができる。   Since the foregoing description of these specific embodiments sufficiently clarifies the general nature of the present invention, those skilled in the art will apply undue experimentation to such specific embodiments by applying current knowledge. It can be easily modified and / or adapted for various applications without making and without departing from the generic concept, and thus such adaptation and modification are disclosed in the disclosed embodiments. Should be understood within the spirit and scope of equivalents of, and are intended to be understood within such scope. It should be understood that the expressions and terms used herein are for purposes of description and not limitation. The means, materials, and steps for carrying out various disclosed functions may take a variety of alternative forms without departing from the invention.

配列番号1は、IL−60の配列である。
配列番号2は、IL−60−BSの配列である。
配列番号3は、IL−60のコートタンパク質の配列である。
配列番号6及び7は、合成プライマーの配列である。
配列番号8は、pIR−GUSの配列である。
SEQ ID NO: 1 is the sequence of IL-60.
SEQ ID NO: 2 is the sequence of IL-60-BS.
SEQ ID NO: 3 is the sequence of IL-60 coat protein.
SEQ ID NOs: 6 and 7 are synthetic primer sequences.
SEQ ID NO: 8 is the sequence of pIR-GUS.

Claims (29)

異種DNAを植物種子胚の少なくとも1つの細胞に導入するための方法であって、植物種子を、プライミングを可能にする条件のもと、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含有するプライミング媒体と接触させ、それにより、異種DNAを含む種子胚を得ることを含む方法。   A method for introducing heterologous DNA into at least one cell of a plant seed embryo, wherein the plant seed is contacted with a priming medium containing a viral DNA construct comprising the heterologous DNA under conditions allowing priming. Obtaining a seed embryo comprising heterologous DNA. 後での種子発芽および成長のための好適な条件を与えて、異種DNAを含む植物体またはその一部を得る工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, further comprising a step of obtaining a plant body or a part thereof containing heterologous DNA by providing suitable conditions for subsequent seed germination and growth. ウイルス型DNA構築物は、構築物の複製および隣接植物細胞への無症状性拡大を可能にするウイルス遺伝子またはその一部を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the viral DNA construct comprises a viral gene or portion thereof that permits replication of the construct and asymptomatic expansion into neighboring plant cells. DNA構築物はジェミニウイルス型構築物である、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the DNA construct is a geminivirus type construct. DNA構築物は、ジェミニウイルスのレプリカーゼまたはレプリカーゼ会合タンパク質をコードする不連続な核酸配列が隣接して配置される異種DNAを含む、請求項4に記載の方法。   5. The method of claim 4, wherein the DNA construct comprises heterologous DNA flanked by discontinuous nucleic acid sequences encoding geminivirus replicase or replicase-associated protein. DNA構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスコートタンパク質(CP)をコードするポリヌクレオチド配列を含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the DNA construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus coat protein (CP). 改変されたジェミニウイルスコートタンパク質は、N末端の100アミノ酸をコードするヌクレオチドにおいて変異または欠失を含む、請求項6に記載の方法。   7. The method of claim 6, wherein the modified geminivirus coat protein comprises a mutation or deletion in the nucleotide encoding the N-terminal 100 amino acids. DNA構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスV2タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the DNA construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus V2 protein. DNA構築物はさらに、改変されたジェミニウイルスC4タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列を含む、請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the DNA construct further comprises a polynucleotide sequence encoding a modified geminivirus C4 protein. DNA構築物はさらに、細菌のポリヌクレオチド配列を含む、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the DNA construct further comprises a bacterial polynucleotide sequence. ジェミニウイルスはトマト黄化葉巻ウイルス(TYLCV)である、請求項4〜10のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 4 to 10, wherein the geminivirus is tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). DNA構築物は、配列番号1に示される核酸配列を有するIL−60、および、配列番号2に示される核酸配列を有するIL−60−BSからなる群から選択されるジェミニウイルス型構築物である、請求項11に記載の方法。   The DNA construct is a geminivirus-type construct selected from the group consisting of IL-60 having the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and IL-60-BS having the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Item 12. The method according to Item 11. DNA構築物は発現構築物であり、それにより、異種DNAが植物細胞内で発現される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the DNA construct is an expression construct whereby heterologous DNA is expressed in plant cells. DNA構築物はさらに、エンハンサー、プロモーターおよび転写終結配列からなる群から選択される少なくとも1つの調節エレメントを含む、請求項13に記載の方法。   14. The method of claim 13, wherein the DNA construct further comprises at least one regulatory element selected from the group consisting of an enhancer, a promoter, and a transcription termination sequence. DNA構築物はさらに、異種DNAを含む種子および植物体を特定するためのマーカーを含む、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the DNA construct further comprises a marker for identifying seeds and plants containing the heterologous DNA. 異種DNAは、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質およびRNA分子からなる群から選択される産物をコードする、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the heterologous DNA encodes a product selected from the group consisting of peptides, polypeptides, proteins and RNA molecules. ペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質は化粧品業界または医薬品業界において有用である、請求項16に記載の方法。   17. A method according to claim 16, wherein the peptide, polypeptide or protein is useful in the cosmetic or pharmaceutical industry. RNA分子は、アンチセンスRNA、dsRNAおよびsiRNAからなる群から選択される阻害性RNAである、請求項16に記載の方法。   17. The method of claim 16, wherein the RNA molecule is an inhibitory RNA selected from the group consisting of antisense RNA, dsRNA, and siRNA. コードされた産物は、生物的または非生物的なストレスに対する抵抗性、増大した収量、増大した収穫特性および好ましい成長パターンからなる群から選択される、望ましい農学的形質を与える、請求項16に記載の方法。   17. The encoded product provides a desirable agronomic trait selected from the group consisting of resistance to biological or abiotic stress, increased yield, increased harvest characteristics, and preferred growth patterns. the method of. 異種DNAは、種子胚の少なくとも1つの細胞および当該細胞に由来する細胞において一過性に発現される、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the heterologous DNA is transiently expressed in at least one cell of the seed embryo and cells derived from the cell. 異種DNAは、種子胚の少なくとも1つの細胞および当該細胞に由来する細胞のゲノムに取り込まれる、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the heterologous DNA is incorporated into the genome of at least one cell of the seed embryo and a cell derived from the cell. プライミング媒体は、種子の水分取込みを可能にするが幼根の発根を可能にしない水分ポテンシャルを有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the priming medium has a water potential that allows moisture uptake of seeds but does not allow rooting of young roots. プライミング媒体は、水溶液である、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the priming medium is an aqueous solution. プライミング媒体は、土壌マトリックスである、請求項22に記載の方法。   24. The method of claim 22, wherein the priming medium is a soil matrix. 種子は、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含む、請求項1に記載の方法によって製造される種子。   The seed produced by the method of claim 1, wherein the seed comprises a viral DNA construct comprising heterologous DNA. 植物体またはその一部分は、異種DNAを含むウイルス型DNA構築物を含む、請求項25に記載の種子から成長させた植物体またはその一部分。   26. A plant grown from seed according to claim 25 or a portion thereof, wherein the plant or a portion thereof comprises a viral DNA construct comprising heterologous DNA. 種子は単子葉植物起源のものである、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the seed is of monocotyledonous plant origin. 種子は双子葉植物起源のものである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the seed is of dicotyledonous origin. 種子は球果を持つ(cone−bearing)起源のものである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the seed is of cone-bearing origin.
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